syst`eme de partition de type I
Les syst`emes de partition de type I sont les syst`emes les plus r´epandus dans le monde bact´erien et sont ceux pr´esents sur les chromosomes. Bien que ces syst`emes soient tr`es ´etudi´es, les m´ecanismes mol´eculaires de la partition ne sont pas encore ´elucid´es. Dans ce chapitre, je d´etaillerai l’´etat actuel de nos connaissances sur les fonctions des ´el´ements des syst`emes de partition de type I.
3.A
Le rˆole des prot´eines de liaison au centrom`ere
et des centrom`eres dans la partition
La premi`ere ´etape de la partition implique une fixation des prot´eines de liaison au centrom`ere `a leur site centrom´erique. Bien qu’il n’existe que tr`es peu d’homologie entre les sites centrom´eriques et entre leur prot´eine de liaison, cette interaction conduit dans tous les cas `a la formation d’un complexe nucl´eoprot´eique de haut poids mol´eculaire appel´e complexe de partition. Comme pour R1, la topologie adopt´ee par chaque complexe de partition doit ˆetre importante pour le recrutement de leur prot´eine motrice respective.
3.A.1
La topologie du complexe de partition
La topologie du complexe de partition SopB-sopC du plasmide F, est la plus ´etudi´ee. SopB, dim`ere en solution, se lie `a sopC sous forme dim´erique. Cette fixation induit sur les plasmides extraits des cellules, un d´eficit d’environ douze supertours n´egatifs (Biek and Shi,1994;Biek and Strings,1995;Lynch and Wang,1994). Cette contrainte topologique existe mˆeme en pr´esence d’une seule copie de 43pb de sopC (un d´eficit de neuf supertours n´egatifs). Ceci indique qu’un dim`ere de SopB fix´e
1
PX
G`ene X ARNm X
Fixation de ParB
au centrom`ere Transcription gene X
2 PX G`ene X Fixation de ParB au centrom`ere Extinction du gene X : silencing
Etalement de ParB: spreading
Figure 22 – Mod`ele de l’´etalement des prot´eine ParB autour du site cen- trom´erique
Les dim`eres de ParB (orange) se fixent aux sites centrom´eriques (jaune) (1) et s’´etale sur l’ADN permettant l’extinction des g`enes voisinant (g`ene X en vert) (2) qui est transcrit en absence de l’´etalement (1).
sur sopC peut recruter d’autres mol´ecules de SopB sur l’ADN non sp´ecifique flan- quant grˆace aux interactions SopB-SopB et cr´eer ainsi un complexe de partition ´etendu. Il a ´et´e sugg´er´e que ce d´eficit de supertours n´egatifs est la cons´equence d’un enroulement de l’ADN contenant sopC autour de SopB, cr´eant ainsi une zone de supertours positifs. Cette hypoth`ese a ´et´e r´efut´ee r´ecemment (Bouet and Lane,
2009). En effet, dans des conditions in vivo et in vitro, les auteurs ont d´emontr´e que SopB n’introduisait pas de supertours positifs sur des plasmides circulaires ferm´es ou relˆach´es. De plus, les auteurs ont montr´e que la fixation sp´ecifique de SopB sur un site sopC induit une courbure de l’ADN de 50˚au maximum, et cette courbure n’est pas strictement additive. En effet, la fixation de SopB sur deux sites sopC n’induit qu’une courbure de 70˚. SopB qui ne se fixerait que sur les dix ou onze des douze r´ep´etitions du site sopC (Mori et al., 1989), pourrait introduire au maximum entre un et deux supertours. Ceci est insuffisant pour expliquer le d´eficit de douze supertours. Les auteurs sugg`erent donc que la fixation de SopB sur sopC et son ´etalement sur les r´egions adjacentes prot`egent l’ADN de l’action de l’ADN gyrase (Lynch and Wang, 1995). Le complexe de partition formerait ainsi une structure suffisamment rigide pour r´esister `a la transmission de changements topologiques intervenant normalement dans l’ADN dans les r´egions sans SopB du plasmide.
ParB de P1 est aussi un dim`ere en solution (Funnell, 1991) et un dim`ere fixe parS pour former avec IHF le complexe initial de haute affinit´e (Bouet et al.,2000). A partir de l’assemblage du complexe cœur, se chargent plusieurs dim`eres de ParB pour cr´eer un grand complexe in vitro (Bouet et al., 2000). La fixation initiale de ParB et de IHF sert de point de nucl´eation pour les autres mol´ecules de ParB grˆace probablement aux interactions prot´eine-prot´eine et prot´eine-ADN. La taille de ce complexe in vivo est inconnue, mais des exp´eriences de biologie cellulaire montrent que ParB, d´etect´ee par immunofluorescence, forme des foci intenses en pr´esence de parS (Erdmann et al., 1999). Les auteurs sugg`erent que la plupart des milliers de mol´ecules de ParB se trouvant dans la cellule convergent vers les sites parS. Cependant le nombre minimum de mol´ecules de ParB n´ecessaire pour former le complexe de partition et pour la partition n’est pas connu.
3.A.2
L’´etalement de ParB sur l’ADN
Comme indiqu´e par ces r´esultats les complexes de partition ne sont pas confin´es aux sites de fixation sp´ecifiques mais peuvent attirer d’avantage de prot´eines pour s’´etendre sur l’ADN avoisinant (Figure 22). L’´etalement des prot´eines ParB sur l’ADN non sp´ecifique flanquant les sites centrom´eriques est appel´e spreading . Cet ´etalement peut se faire sur plusieurs kilobases de part et d’autre des sites cen- trom´eriques. Ce ph´enom`ene, initialement d´ecouvert par la capacit´e de SopB sur-
produite d’´eteindre l’expression d’un g`ene de r´esistance `a un antibiotique plac´e au voisinage de sopC (Lynch and Wang, 1995), est aussi observ´e avec ParB de P1 (Rodionov et al., 1999) ainsi que pour les homologues chromosomiques ParB de S. coelicolor (Jakimowicz et al., 2002) et Spo0J de B. subtilis (Murray et al., 2006). Ceci sugg`ere que le sreading peut ˆetre une caract´eristique commune des prot´eines ParB. Le rˆole du spreading dans la partition n’est pas compris. Initialement une ´etude g´en´etique sur la s´election de mutants ParB (P1) d´eficients pour le sprea- ding montre que ces mutants sont aussi d´eficients pour la partition (Lobocka and
Yarmolinsky, 1996). Ces donn´ees sugg`erent que le spreading de ParB a un rˆole dans la partition. Cependant l’importance du spreading pour la partition est remise en question, car des ´etudes post´erieures ont montr´e que ces mutants de ParB sont aussi d´eficients pour d’autres fonctions de ParB essentielles pour la partition (Edgar et al.,2001;Hao and Yarmolinsky,2002). Une ´etude plus r´ecente qui consis- tait `a limiter le spreading de ParB par l’introduction de sites de fixation des prot´eines RepA et GAL4 de part et d’autre de parS, indique que le spreading n’est probablement pas essentiel pour la partition car les plasmides sont perdus `a un taux tr`es faible (Rodionov and Yarmolinsky, 2004).
L’extinction des g`enes mˆeme `a plusieurs kilobases des sites centrom´eriques est la cons´equence du spreading . Ce ph´enom`ene est appel´e silencing (Figure 22). Pour ParB de P1, il semblerait que la formation d’un nucl´eofilament ParB-ADN empˆeche la fixation de l’ARN polym´erase sur la r´egion couverte par les nucl´eofila- ments (Rodionov et al., 1999). L’´etalement des prot´eines ParB serait facilit´e par la capacit´e de multim´erisation des dim`eres de ParB via leur domaine N-terminal. De mani`ere similaire, SopB de F peut ´eteindre des g`enes localis´es `a plusieurs kilo- bases de sopC. L’ADN devient alors inaccessible aux prot´eines cellulaires telles que l’ARN polym´erase mais aussi l’ADN gyrase (Lynch and Wang, 1995). Le domaine N-terminal de SopB est aussi n´ecessaire au silencing des g`enes proches de sopC bien que son implication dans la multim´erisation n’ait pas ´et´e d´emontr´ee (Lynch and Wang, 1995). L’´etalement de SopB est aussi facilit´e par sa capacit´e `a interagir avec de l’ADN non sp´ecifique (Bouet et al.,2007).
Ce ph´enom`ene de spreading n’est pas n´ecessaire au processus de partition car son blocage n’induit qu’une faible d´estabilisation des plasmides. En revanche, ce l´eger effet laisse penser que la formation d’un complexe ´etendu de partition faciliterait les ´etapes ult´erieures du processus de partition, notamment l’appariement des plasmides