Vers une vision integrée des mecanismes du terminateur transcriptionnel Rho – IntegRhoMe

L'émergence de souches bactériennes hyper-virulentes et/ou multi-résistantes aux antibiotiques souligne l’importance de mieux comprendre les mécanismes qui permettent aux bactéries d’évoluer en incorporant des gènes d’origine extérieure. L’amélioration de ces connaissances est ainsi une étape incontournable dans l’élaboration de nouvelles stratégies antibactériennes efficaces. Le facteur de terminaison de la transcription Rho, essentiel chez de nombreuses bactéries, contrôle une grande partie (20-50%) des événements de terminaison de la transcription chez E. coli et les espèces apparentées, et est aussi impliqué dans la modulation de l'expression de gènes acquis par transfert horizontal. De par ce rôle central dans les programmes d'expression des gènes, Rho constitue une cible thérapeutique idéale pour le développement de nouveaux antibiotiques. Cette ARN hélicase, organisée en anneau hexamèrique, cible les complexes transcriptionnels et est étroitement liée à l’organisation spécifique de l'expression des gènes chez les bactéries où transcription et traduction sont couplées. Le facteur Rho ne module pas simplement les propriétés intrinsèques du ribosome ou de l'ARN polymérase, comme le font d'autres facteurs/signaux de régulation. Mais, en tant que moteur moléculaire ATP-dépendant, il introduit un niveau supplémentaire de complexité physique et dynamique. Probablement en raison du dégrée de sophistication de ces fonctions et mécanismes, des éléments cruciaux de la biologie de Rho restent à ce jour mal compris.
Ce projet est basé sur un socle de données préliminaires, et sur plusieurs années de collaboration, qui confortent l’idée que l’approche multidisciplinaire est une stratégie de choix pour étudier les fonctions complexes de Rho. Nous combinerons des démarches novatrices de génétique, d'imagerie quantitative, de biochimie combinatoire, de bio-informatique, et de détection et de manipulation de molécules uniques dans un effort global visant à mieux comprendre comment l'activité de Rho s’intègre dans la dynamique du processus d’expression génique. Les analyses de spectroscopie sur molécules uniques révéleront les éléments clés du mécanisme et de la dynamique contrôlant le cycle catalytique de Rho ainsi que de ses interactions avec la machinerie de transcription. Des expériences de microscopie de fluctuation et de super résolution dévoileront la répartition subcellulaire des molécules de Rho et leurs relations spatiales avec l'ARN polymérase, un point qui reste controversé. Des approches de SELEX génomique fonctionnel permettront d'identifier les motifs ARN et signaux de terminaison utilisés par Rho à l'échelle du génome. Des méthodes de bioinformatique et de simulation numérique aideront à déchiffrer les règles reliant la réponse fonctionnelle de Rho au contexte et à l'organisation des signaux de terminaison. Cette démarche intégrée conduira au développement de nouveaux essais expérimentaux et des outils prédictifs, avec Salmonella et E. coli comme systèmes modèles. Par la suite, ils seront adaptés à une étude comparative des caractéristiques importantes et singulières du facteur Rho de la bactérie pathogène Mycobacterium tuberculosis. En particulier, nous chercherons à établir le mécanisme responsable de la résistance de M. tuberculosis à la Bicyclomycine, le seul antibiotique ciblant Rho.
Le consortium est composé de trois équipes reconnues, ayant des expertises complémentaires, et très actives dans le domaine de la transcription bactérienne et de Rho. L’équipe d’Emmanuel Margeat (coordinateur, CBS Montpellier) apportera les compétences biophysiques, notamment en molécule unique, microscopie et nano manipulation. Marc Boudvillain (CBM Orléans) et son équipe procureront leur savoir faire en biochimie combinatoire de l’ARN et enzymologie. Enfin le groupe de Nara Figueroa-Bossi (I2BC, Gif-sur-Yvette) apportera les connaissances de biologie de Salmonella et de génétique bactérienne.