Exemples d'avancées importantes réalisées grâce à Sulfolobus

Sulfolobus a été étudié de manière extensive pour les mécanismes de réplication et de

transcription, les systèmes métaboliques et le cycle cellulaire. De nombreuses études biochimiques et structurales de ses protéines ont été réalisées. Plusieurs puces à ADN sont disponibles et des études transcriptomiques globales sont décrites (ex : Götz et al., 2007, réponse aux UV). Enfin, des projets protéomiques ont démarré dans plusieurs laboratoires (ex : Barry et al., 2006).

Sans être exhaustif, soulignons qu'une ARN-polymérase de Sulfolobus fut isolée dès 1979 par Wolfram Zillig (Zillig et al., 1979). Ceci permit de remarquer la ressemblance avec les systèmes eucaryotes (ARNPII) et de poursuivre l'étude de la transcription chez les archées. Concernant la réplication, Sulfolobus a également beaucoup été utilisé, par exemple pour les études structurales et biochimiques de protéines de la machinerie de réplication. Là encore, les protéines sont homologues à celles des eucaryotes (revu pour Sulfolobus

solfataricus par Duggin and Bell, 2006). Si la première origine de réplication fut identifiée

chez Pyrococcus abyssi (Myllykallio et al., 2000 ; Matsunaga et al., 2001), c'est chez

Sulfolobus solfataricus que furent identifiées de multiples origines de réplication (Robinson

et al., 2004 ; Lundgren et al., 2004). Il a été suggéré que Sulfolobus pourrait constituer un bon modèle simplifié pour l'étude de certains aspects de la réplication « de type eucaryote » (ex : Kelman and Kelman, 2004, Lundgren et al., 2004), indiquant que l'intérêt de Sulfolobus

comme modèle dépasse parfois le cadre des archées. On peut par exemple penser à l'étude de la terminaison de la réplication, en présence de multiples origines de réplication. Il n'existe toutefois pas encore de système de réplication in vitro pour les archées alors que la transcription in vitro est au point.

S'agissant du cycle cellulaire, Sulfolobus est l'archée la mieux caractérisée. En cette matière, il existe des différences majeures entre crenarchées et euryarchées. Les archées utilisent des protéines nombreuses et variées pour moduler la compaction de leur ADN au cours du cycle cellulaire. Alors que les euryarchées ont, entre autres, des histones homologues à celles de eucaryotes, les crenarchées n'en possèdent pas. Les protéines constituant la chromatine des crenarchées les plus étudiées viennent de Sulfolobus (Barry and Bell, 2006). Il s'agit d'une protéine spécifique au genre, Sul7d, et d'une protéine trouvée dans un grand nombre d'euryarchées et de crenarchées, Alba. Par ailleurs, alors que les euryarchées utilisent un système similaire à celui des bactéries pour la division cellulaire (mécanisme basé sur FtsZ), les crenarchées ont un système différent. Jusqu'à très récemment, aucun gène et aucune protéine n'étaient connus. On sait désormais qu'un opéron de trois gènes, cdv, intervient au cours de la division, et que les protéines Cdv polymérisent entre les deux nucléoïdes ségrégeant, puis forment une structure plus petite pendant la constriction. Ce système de division, unique, a été mis en évidence sur Sulfolobus acidocaldarius (Lindas et al., 2008). Beaucoup reste encore à découvrir sur les cycles cellulaires des archées et leur régulation.

Figure 16 : Représentation schématique du cycle cellulaire chez Sulfolobus. D'après Bernander, 2007.

Le cycle cellulaire de Sulfolobus comporte trois phases principales (Figure 16, Bernander, 2007). Il s'agit de la phase pré-réplicative G1 (< 5% du temps de doublement), de la phase de réplication S (! 33%), de la phase post-réplicative (60-65%). Pendant la majeure partie de la phase post-réplicative, les deux génomes ne sont pas ségrégés (stade G2). La ségrégation et la constriction ont lieu respectivement pendant les stades courts M et D de la phase post-réplicative. La majorité des cellules dans une culture contient donc deux génomes. Dans les cultures en phase stationnaire, les cellules sont bloquées au stade G2, ce qui fournit l'un des moyens, simple, de synchroniser les cellules. Récemment, il a été démontré que les cycles cellulaires sont similaires chez des crenarchées représentatives des ordres Sulfolobales, Desulfurococcales et Thermoproteales (Lungdren et al., 2008).

3.2 Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 2, SIRV2

3.2.1 Principales caractéristiques

SIRV2 appartient à la famille Rudiviridae (I..3.3.2) et a été isolé de sources géothermiques situées en Islande (Prangishvili et al., 1999). Les autres virus de cette famille sont SIRV1, ARV1 et SRV, isolés respectivement d'Islande (Zillig et al., 1994), d'Italie (Vestergaard et al., 2005) et des Açores (Vestergaard et al., 2008b). SIRV2 et SIRV1 ont des génomes présentant de fortes homologies de séquences (Peng et al., 2001). Des particules virales de morphotype identique à celui des rudivirus sont fréquemment rencontrées dans les environnements géothermiques (I..3.3.2).

Comme pour tous les rudivirus, les virions de SIRV2 sont en forme de baguette (23 nm x 900 nm) avec trois petites fibres à chaque extrémité (I..3.3.2). Les virions sont en fait des tubes creux (diamètre de la cavité intérieure, 6 nm) car il s'agit de nucléoprotéines enroulées en hélice, un mode d'empaquetage du génome qui rappelle le TMV ( I.3.1.1). Les particules virales sont extrêmement robustes (Prangishvili et al., 1999).

Comme les autres rudivirus, SIRV2 possède un génome d'ADN double-brin linéaire (35502 kpb) dont les extrémités, liées de façon covalente, sont des séquences inversées répétées (1628 bp). Les séquences inversées répétées contiennent des répétitions directes multiples. Le génome a un bas contenu en GC, de 25% (Peng et al., 2001). Il comprend 54 ORFs, et les deux premières (et en conséquence les deux dernières) sont incluses dans les séquences terminales inversées répétées. Une dizaine d'ORFs a des homologues dans les génomes de tous les rudivirus connus (Figure 17). Ce sont généralement des ORFs de grande taille ou de taille moyenne, situées dans la partie centrale du génome, tandis que les gènes courts, situés vers les extrémités, sont non-conservés. Peu de fonctions ont été identifiées : une protéine structurale (Prangishvili et al., 1999), une dUTPase (Prangishvili et al., 1998), une Holliday Junction Resolvase (Birkenbihl et al., 2001). Mais certaines ORFs ont des fonctions putatives (ex : glycosyl transférase) ou codent pour des domaines connus (ex : RHH). Enfin, des insertions-délétions de fragments de 12 pb (ou multiples de 12 pb) ont été remarquées dans plusieurs génomes de rudivirus, mais pas chez SIRV2 (Vestergaard et al., 2008b). Le rôle possible de ces insertions-délétions n'est pas évident.

SIRV2 infecte certaines souches de Sulfolobus islandicus, comme LAL14/1, REN2H1 et peut-être HVE10/4. SIRV2 est stable dans l'hôte, il s'y maintient a priori dans un état porteur (2.1 et I.3.3.2). Cependant, comme précisé ci-dessus (2.2), ce type d'interaction n'est pas bien caractérisé.