La surexpression du gène parA/sopA dans des cellules possédant le plasmide P1/F, engendre un phénomène d’incompatibilité, nommé IncI, et la perte du plasmide P1/F (Abeles
et al., 1985; Kusukawa et al., 1987). L’expression de l’opéron doit donc être contrôlée car les
niveaux relatifs et absolus de ParA et ParB sont critiques lors du processus de partition (Abeles et al., 1985; Funnell, 1988). Ce contrôle est pris en charge par la protéine ParA/SopA des systèmes de partition de type Ia. En effet, ParA/SopA peut réprimer l’expression des gènes par/sop, via sa fixation à des séquences parOP/sopO situées dans la région promotrice des opérons par/sop (figure 24) (Davis et al., 1992; Mori et al., 1989).Ces protéines possèdent un motif HTH permettant la reconnaissance spécifique des régions parOP (Radnedge et al., 1998; Ravin et al., 2003). Des expériences de footprint démontrent que ParA P1 est capable de se fixer aux séquences opératrices sans nucléotide. Cependant, l’ATP stimule d’un facteur 10 la fixation de ParA à parOP alors que l’ADP et l’ATPγS stimulent entre 50 et 100 fois cette reconnaissance de la région opératrice (Davey and Funnell, 1994, 1997). Des expériences de retard sur gel ont confirmé que la forme ParA-ADP permettait une meilleure reconnaissance de la région parOP (Bouet and Funnell, 1999). La fixation de SopA à son promoteur ne nécessite pas la présence de nucléotide (Mori et al., 1989) et l’ATP inhibe cette reconnaissance (Bouet et al., 2007b).
In vivo, la protéine ParB/SopB agit comme co-répresseur (Friedman and Austin, 1988; Mori et al., 1989). Les sites centromériques ParS/sopC sont aussi nécessaires à une répression
optimale (Hao and Yarmolinsky, 2002; Yates et al., 1999). Leur effet n’est visible qu’en présence de la protéine ParB/SopB suggérant que ce soit le complexe de partition proprement dit qui régule l’activité de la protéine ParA/SopA.
Les protéines ParB/SopB possèdent en N-terminal, un domaine d’interaction à ParA/SopA (Radnedge et al., 1998; Ravin et al., 2003). Pour le système par de P1, l’interaction s’établit entre le domaine N-terminal de ParB et le domaine C-terminal de ParA (Radnedge et al., 1998) alors que l’interface d’interaction de SopA avec SopB serait bipartite, avec une région juste en amont de la P-loop et une région moins définie en C-terminal (Ravin et al., 2003).
In vitro, ParB n’interagit pas directement avec la région promotrice mais exerce son action en
favorisant la fixation de ParA à l’ADN spécifique seulement en présence d’ATP. Dans ces conditions la stimulation est du même niveau que celle exercée par ParA-ADP ou ParA- ATPγS (Davey and Funnell, 1997). Les auteurs suggèrent que la fixation nécessite la présence d’un nucléotide à adénine mais que l’hydrolyse de l’ATP a un effet déstabilisant. Cette
Figure 25 : Modifications structurales de ParA de P1, induites par la fixation d’ADP. A : comparaison de la structure d’un monomère de l’apoprotéine ParA et de la forme ParA- ADP. Les monomères sont montrés dans la même orientation et les régions qui se structurent lors de la fixation de l’ADP sont colorées en noir. (ParA est sous forme dimérique, mais elle est présentée ici sous forme de monomère par soucis de clarté).
B : modèle de l’interaction entre le dimère de ParA-ADP (bleu clair et jaune) et l’ADN (gris). Le motif HTH permet la principale fixation à l’ADN. Les régions basiques (rouge) structurées par la fixation de l’ADP (bleu foncé) permettent d’établir un second contact avec l’ADN, renforçant ainsi la fixation de ParA au promoteur de l’opéron par.
(Extrait de Dulham et al., 2009)
A
Les systèmes actifs de partition plasmidiques interprétation est paradoxale car la répression est stimulée par ParB qui stimule aussi l’activité ATPase de ParA. L’hypothèse la plus évidente serait que ParB favoriserait la formation de ParA-ADP en stimulant l’activité d’hydrolyse de l’ATP de ParA et retarderait le relargage de l’ADP. Dans les systèmes par ou sop, la mutation de la lysine conservée dans le motif P-loop de ParA/SopA (K122, et K120 respectivement), inhibant l’activité ATPase in vitro, affecte les propriétés de répression des protéines ParA/SopA (Fung et al., 2001; Libante et al., 2001). Les protéines mutantes ne répondent plus à la stimulation de ParB/SopB concernant l’hydrolyse de l’ATP mais restent capables de réprimer le promoteur indépendamment de la présence de SopB/ParB. De plus, le mutant K122Q de ParA conserve une configuration lui permettant de se fixer à l’ADN du promoteur, en présence d’ADP.
La récente résolution de la structure de ParA de P1 a permis de mieux comprendre quel était le rôle de la fixation des nucléotides à adénine dans la régulation de l’autorégulation (Dunham
et al., 2009). En absence de nucléotides, ParA est sous forme dimérique et sa conformation est
flexible. En présence d’ADP, 4 régions non structurées de l’apoprotéine adoptent une conformation particulière. Deux régions basiques établissent alors des contacts avec la structure phosphate de l’ADN, lors de la fixation de ParA aux régions opératrices. Ainsi, le dimère de ParA-ADP se fixe à la région promotrice de l’opéron par en établissant deux types de contact (figure 25):
- un contact spécifique via son domaine HTH.
- un contact non spécifique via la structuration de deux motifs, stabilisant la fixation de Par-ADP à la région promotrice.
Ces données structurales sont en parfaite adéquation avec les travaux de footprint de Davey et Funnell. Les auteurs avaient déjà démontré que la fixation se faisait sous forme dimérique mais aussi que la conformation ParA était modifiée en fonction du nucléotide fixé (Davey and Funnell, 1997).
Les conformations des protéines ParA étant dépendantes du nucléotide fixé, l’hydrolyse de l’ATP pourrait jouer le rôle d’interrupteur dans les changements structuraux et peut être ainsi orienté la fonction de ces protéines (Bouet and Funnell, 1999). Les mutations dans le motif ATPase déstabilisent des plasmides (mini-P1 ou mini-F) dont l’opéron par/sop est sous le contrôle d’un promoteur constitutif (Davis et al., 1996; Fung et al., 2001; Libante et al., 2001). Ceci démontre que l’activité ATPase de ParA n’est pas uniquement impliquée dans l’autorégulation des systèmes par/sop mais qu’elle est aussi nécessaire à une autre étape de la partition.
Les systèmes actifs de partition plasmidiques