Génèse et maintenance des chromosomes secondaire bactériens – MAGISBAC

Le projet est divisé en cinq tâches:
I) Analyse in silico des réplicons secondaires bactériens avec accent sur les entérobactéries. En particulier, l'analyse des fonctions de ménage impliquées dans la réplication, la conjugaison et la ségrégation. Identifier les évolutions clés associées à la domestication des plasmides et enfin modéliser le processus de domestication.
II) Construction in silico d'un modèle prédictif pour le repliement et le positionnement des réplicons secondaires basé sur un logiciel de thermodynamique des polymères qui a prédit avec succès la dynamique des chromosomes.
III) Établir les mécanismes de deux événements clés qui distinguent les plasmides des chromosomes secondaires - le contrôle de l'initiation de la réplication et le schéma de ségrégation - dans les entérobactéries et les vibrionacés.
IV) Généraliser ces résultats à d'autres bactéries d'intérêt biomédical et industriel en utilisant des approches génomiques.
V) Intégrer les résultats obtenus pour concevoir un réplicon bactérien de novo avec des propriétés prédites.

Nous avons analysé la dynamique des réplicons secondaires, les mécanismes utilisés et leur évolution, en mettant l'accent sur deux processus majeurs pour les études mécanistes: le contrôle de la réplication et la séparation des chromosome frères par la TopoIV (résolution des formes intercaténées) et recombinaison XerCD/dif (résolution de dimère formes).
Nous avons montré que:
- La réplication de Vibrio cholera Chr2 est contrôlée par un locus de 150 pb positionné sur Chr1, appelé crtS, expliquant comment les deux chromosomes coordonnent leur réplication (Val et al, 2016; Bland et al, 2017).
- La localisation des gènes est corrélée avec le fitness chez V. cholerae (Soler-Bistué et al, 2017).
- Les séquences de reconnaissance Xer (xrs) sont un point chaud pour la décatenation par la TopoIV (El Sayyed et al, 2016).
- La protéine de contrôle FtsK différencie les xrs dédié à la résolution dimère de celles impliqués dans l'intégration d'éléments mobiles (Fournes et al, 2016).
- Les éléments intégratifs et les réplicons secondaires ont des propriétés spécifiques qui peuvent être avantageux dans différentes situations et peuvent expliquer l'existence continue de plasmides domestiques (en cours).
- Un tiers d'une collection de 1000 réplicons secondaires enterobactériens porte des xrs. La présence de xrs et la façon dont la recombinaison est contrôlée dépend de la taille du réplicon. Des plus grands réplicons (au-dessus de 200 kb) portent des xrs à très peu d'exceptions et utilisent un mécanisme de type chromosomique impliquant la protéine FtsK (en cours).
- Dans un modèle de «Worm Like Chain polymer«, les réplicons se comportent différemment en fonction de leur taille (en cours).
- Des réplicons synthétiques portant l'origine de réplication du chr2 de V. cholerae se répliquent dans E. coli de manière contrôlée en fonction de la présence et du positionnement du site crtS (en cours).

Notre projet vise à fournir une vue globale et détaillée de l'adaptation des éléments génétiques mobiles à leur hôte et de leur domestiquation. Il comporte une analyse in silico exhaustive pour établir à la fois des règles globales les spécificités des différents taxons. Cette analyse globale est menée en parallèle d'une description détaillée des mécanismes clés qui évoluent dans la voie de la domestication. Ces mécanismes sont étudiés dans des organismes modèles, mais nous étendrons les approches fonctionnelles à d'autres bactéries d'intérêt biomédical. S'attaquer à ces questions importantes par une approche multidisciplinaire conduit à plusieurs publications dans des revues spécialisées et des revues générales de premier ordre. En outre, la modélisation mathématique produit un modèle prédictif général pour la dynamique des réplicons dans les bactéries précieux pour les études futures et la bioinformatique produit des programmes et bases de données originaux.
Les mécanismes impliqués dans la maintenance des grands plasmides et des chromosomes secondaires sont mal compris. Ces réplicons codent pourtant des fonctions complexes impliquées dans l'interaction des bactéries avec les eucaryotes et méritent une attention particulière. Ils sont fréquemment impliqués dans le développement de la pathogenèse et sont, à ce titre, des cibles importantes à considérer lors de la conception de nouvelles stratégies antibactériennes. Comprendre la façon dont ils évoluent et sont maintenus dans les bactéries est d'une importance primordiale à cet égard.
Comprendre la dynamique des grands réplicons est aussi d'une importance cruciale pour la biologie synthétique. La construction d'organismes avec de nouvelles propriétés nécessite la conception de constructions d'ADN complexes et de réplicons capables de les porter. Notre projet fournit un plan pour de tels réplicons et devrait changer la façon dont nous prévoyons la construction d'organismes synthétiques.

- Bland, M.J., Ducos-Galand, M., Val, M.-E., and Mazel, D. (2017). An att site-based recombination reporter system for genome engineering and synthetic DNA assembly. BMC Biotechnol. 17.
- Fournes, F., Crozat, E., Pages, C., Tardin, C., Salomé, L., Cornet, F., and Rousseau, P. (2016). FtsK translocation permits discrimination between an endogenous and an imported Xer/dif recombination complex. Proc. Natl. Acad. Sci. 201523178.
- Sayyed, H.E., Chat, L.L., Lebailly, E., Vickridge, E., Pages, C., Cornet, F., Lagomarsino, M.C., and Espéli, O. (2016). Mapping Topoisomerase Iv Binding and Activity Sites on the E . Coli Genome. PLOS Genet 12, e1006025.
- Soler-Bistué, A., Timmermans, M., and Mazel, D. (2017). The Proximity of Ribosomal Protein Genes to oriC Enhances Vibrio cholerae Fitness in the Absence of Multifork Replication. mBio 8.
- Val, M.-E., Marbouty, M., Martins, F. de L., Kennedy, S.P., Kemble, H., Bland, M.J., Possoz, C., Koszul, R., Skovgaard, O., and Mazel, D. (2016). A checkpoint control orchestrates the replication of the two chromosomes of Vibrio cholerae. Sci. Adv. 2, e1501914.
- Vickridge, E., Planchenault, C., Cockram, C., Junceda, I.G., and Espéli, O. (2017). Management of E. coli sister chromatid cohesion in response to genotoxic stress. Nat. Commun. 8, 14618.
- Logiciel ConjScan, Cury J and Rocha EPC, article submitted, available at github.com/gem-