Les systèmes aapA/IsoA dans le règne procaryote

Les systèmes TA de type I sont classées en sous famille par rapport à la nature de la toxine (Fozo et al., 2010). La classification actuelle fait apparaitre plusieurs sous famille des Hok/Gef, les Ibs, les YhzE, les TisB, les TxpA, les ShoB, les EHEC (ZorO) et la sous famille des Ldr/Fst sont les sous familles classé actuellement (Fozo et al., 2010). La sous famille des toxines AapA est classé par un numéro chez toutes les souches de H. pylori ainsi qu’une notation pour certaines variantes du peptide. Nous avons étudié ici la toxine AapA1-1 qui est la toxine au locus I de H. pylori 26695 et de la variante 1 qui compose la catégorie des AapA1. Chaque toxine AapA présente chez un autre genre que Helicobacter est notée AapA seulement. Deux critères supplémentaires sont utilisés à savoir, une notation avec un astérisque pour toutes les toxines ne présentant pas la longueur consensus de 30 acides aminées, ainsi la toxine au locus IV de H. pylori du système aapA4/IsoA4 est notée AapA3-1* car il présente une longueur de 23 acides aminés et une homologie de séquence avec les toxines du Locus III des systèmes

aapA3/IsoA3. Le dernier critère prend en compte la présence de promoteur, ainsi tout système dont ce

promoteur n’est plus présent prend la notation Ghost, par exemple le système aapA3/IsoA3 chez H.

pylori F30. L’ARNm de AapA3-1* présente une boite -10 mutée CAGGAT alors que ce même système

chez H. pylori F32 présente une boite -10 TAGGAT. Le peptide du potentiel système aapA3/IsoA3 chez

H. pylori F30 est noté Ghost AapA3-1*. La toxine AapA1-1 présente de grande similarité avec la toxine

ZorO et TisB, l’homologie de certains résidus à des positions précises fait de ces toxines des potentiels homologues. La toxine de type I ZorO fut d’abord identifié par recherche bio-informatique avec des PSI-BLAST en partant de la base de données des toxines de type I sans pour autant identifiés les toxines AapA chez H. pylori (Fozo et al., 2010). Pourtant cette méthode de recherche a permis d’identifier les toxines homologues à Ibs chez H. pylori à savoir les AapC identifiées aussi par analyse transcriptomique (Sharma et al., 2010). De même la recherche en considérant l’ARNm des AapA et le PSI-BLAST n’a pas permis de remonter aux toxines ZorO en partant des systèmes AapA. L’ARNm des toxines ZorO est différents des ARNm de AapA, de même que le système en général qui est un système à arrangement génétique divergent pour zorO/OrzO (Wen et al., 2014) proche du système tisB/IstR1 alors qu’il est un système convergent pour aapA/IsoA. La toxine AapA1-1 et la toxine ZorO sont de la même sous famille EHEC des toxines de type I. le regroupement de ces deux peptides dans la famille des toxines TisB serait aussi une possibilité Cependant nous pouvons voir une évolution de deux systèmes de type I, différent dans leur nature génétique, mais dont le peptide conserve une homologie de caractéristiques liés à leur toxicité. La recherche de système de toxine de type I est un véritable problème de par l’essence même de ces systèmes. Les approches en considérant soit la séquence peptidique, soit la séquence nucléotidique entrainent un nombre important de faux positifs, tout en étant non exhaustifs, qui doivent être éliminés par des contraintes supplémentaires. L’utilisation de la structuration de l’ARNm nous a permis d’identifier un nombre non négligeable de potentiels systèmes pour aapA/IsoA en éliminant les faux positifs mais en négligeant les systèmes dont l’arrangement est différent. L’utilisation de contrainte supplémentaire dans la recherche par toxine peut palier au défaut de recherche par ARNm en ajoutant

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des contraintes supplémentaires telle la présence d’un domaine transmembranaire prédit, un motif de charge particulier à certaines positions, etc… Le faible nombre de structure résolue de toxines de type I limite l’approche d’identification par cette voie. Chez les différentes souches de H. pylori les systèmes

aapA/IsoA sont globalement conservés à des loci précis et absent des plasmides. Une analyse génomique

révèle que toutes les souches ne présentent pas un système à chaque locus, voir plus de système, ou qu’il peut exister plusieurs copies par locus. La souche oki128 possède un système au Locus IV aapA4/isoA4 qui donne un peptide AapA3-1* de 13 acide aminés. La souche F30 elle, possède des systèmes à peptides tronqués mais aussi des systèmes Ghost tel le système au Locus IV sans promoteur pour l’ARNm. Les systèmes Ghost et à peptide tronqués sont considérés inactifs et donc non pris en compte dans l’analyse génomique chez H. pylori. L’analyse génomique de souches par origine de l’hôte pointe l’importance du Locus IV. Il est le locus le plus conservé depuis les souches africaines jusqu’aux souches amérindiennes. Le Locus IV se trouve à quelques milliers de bases du gène dnaA qui marquent l’origine de réplication du génome chez H. pylori. Le locus le moins conservé est le locus V. Les systèmes

aapA/IsoA ont tendance à disparaitre chez ces souches plus récentes ou plus isolées. Cette tendance à la

conservation du Locus IV, plus la disparition des cassettes aux autres loci pourrait s’expliquer par un comportement addictif des cassettes, la plus conservée étant celle proche de l’origine de réplication. Le rôle de ces cassettes ne serait donc en aucun cas favorable à l’organisme étant donné leurs pertes dans les souches amérindiennes considérées comme les plus récentes (Falush et al., 2003). Les systèmes

aapA/IsoA seraient donc des éléments génétiques égoïstes, addictifs. La souche Aklavik86 a été extraite

d’un patient vivant dans une communauté inuit isolés de 633 personnes et cette souche Amérindienne ne possède plus de système mis à part un système à peptide tronqués AapA6-1* comparée à la souche Gambia94/24 une souche africaine qui possède 8 systèmes complet et un système à peptide tronqué. La disparition des cassettes peut être expliquée d’une manière différente si nous considérons l’isolement de la souche. Il a été démontré un avantage compétitif des souches européennes sur les souches amérindienne dans leur expansion au sein de la population (Dominguez-Bello et al., 2008)

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Figure 44 Analyse bio-informatique des systèmes TA aapA/IsoA. Alignement des peptides TisB (à

gauche) ZorO (au milieu) en comparaison avec les peptides AapA1 (à droite). Le code de couleur des résidus suit le code par polarité. Structuration des ARNm inactif des toxines.

. Nous trouvons un nombre de systèmes aapA/IsoA plus important chez les souches européennes, tel Lithuania75 qui présente 5 systèmes à différents locus, que dans les souches amérindiennes, tel PeCan4 qui présente seulement un système au Locus IV. Les systèmes TA dans ce cas, offriraient un avantage compétitif durant l’infection comme il a été expérimentalement déjà démontré pour des systèmes TA plasmidiques. Les plasmides possédant un système TA ont un avantage compétitif sur les plasmides ne

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possédant pas de système TA quand ces deux éléments se retrouvent en compétitions au sein d’une même population bactérienne, aboutissant à l’exclusion de tout plasmide sans système (Cooper et al., 2010). Ce rôle serait donc transposable pour les systèmes TA chromosomique et participerait directement ou indirectement aux capacités d’infection de la bactérie vis-à-vis de l’hôte. L’étude des loci révèle que les systèmes aapA/IsoA se retrouvent dans des zones plastiques du génome de H. pylori. Le Locus III, IV et VI sont des régions où la présence d’un élément intégratif et conjugatif (ICE) est identifié pour certaine souches (Fischer et al., 2014), de même le Locus I possède un système restriction- modification acquis par un transfert horizontal de gêne chez la souche UM298 par exemple (Xu et al., 2000). La présence des systèmes dans ces zones plastiques où près d’éléments génétiques mobiles suggère que ces systèmes ont été acquis par transfert horizontale de gènes. Cependant nous ne retrouvons pas de système sur les plasmides de H. pylori mais nous retrouvons des systèmes chez les plasmides du genre Campylobacter. Chez le plasmide pCJ419 de Campylobacter jejuni un système aapA/IsoA se trouve en amont du gène repB. Le lien des systèmes aapA/IsoA avec des éléments génétiques mobiles est marquant dans beaucoup de chromosome du genre Helicobacter et Campylobacter. Chez

Helicobacter bizzeronii CIII-1 un potentiel système a été identifié près d’éléments de phage et/ou

prophage. La présence de système aapA/IsoA sur le chromosome de H. pylori peut être corrélée avec leur absence sur les plasmides, de même les systèmes aapC/IsoC, les homologues de Ibs, ont été identifié sur des plasmides de Helicobacter cetorum en amont du gène repB sans que ces systèmes se retrouvent sur le chromosome de ces mêmes Helicobacter cetorum. Ceci suggère que ces systèmes peuvent être impliqué dans un mécanisme anti addiction comme postulé pour d’autres système TA chromosomique (Saavedra De Bast et al., 2008). Les systèmes TA aapA/IsoA ne possède pas d’éléments identifié qui pourrait participer à leur intégration dans le génome, leur présence près de gènes d’EGM et de zone de plasticité du chromosome suggère leur intégration par l’intermédiaire d’éléments capable de cette intégration, comme pour le système aapA/IsoA chromosomique chez Campylobacter jejuni subsp Dolei 269.97 près du système TA de type II RelE/StbE et de protéine de stabilisation de plasmides. La position de l’insertion dans le génome pourrait être la clef pour comprendre leur rôles comme ce fut le cas pour les systèmes hokB/SokB (Waldron, 2015), tisB/IstR1 (Unoson and Wagner, 2008) et leur rôle dans la persistance.

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Figure 45 Représentation schématique de la mécanique de fonctionnement du système TA aapA1/IsoA1. Les barres blanches marquent les positions -10 des promoteurs. Les éléments toxines

sont représentés en bleu et les éléments antitoxines en rouge. Les boites grises représentent les séquences SD. La RNAse III est représentée en vert et la RNAse inconnue en blanc. Le ribosome est représenté en jaune.

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