Les mutations

rfaG, rfaP

La mutation des gènes rfaG et rfaP impliqués dans la synthèse du lipopolysaccharide cœur (core LPS) induit la synthèse des gènes cps de manière dépendante de RcsC et RcsF (Parker et al., 1992; Majdalani et al., 2005).

tol/pal

Chez S. Typhimurium, des mutations du gène tolB induisent l’expression des gènes ugd et

cps de manière dépendante de RcsC, RcsB et RcsA (Mouslim & Groisman 2003). Chez E. coli, TolB fait partie, avec au moins 4 autres protéines, du système Tol/Pal impliqué dans le

transport de macromolécules à travers l’enveloppe (Journet et al., 2001), dans la division cellulaire (Gerding et al., 2007) et dans le maintien de l’intégrité de l’enveloppe. En effet, de par leur organisation, les protéines TolQRAB et Pal sont capables de relier la membrane externe, la membrane interne et le peptidoglycane (figure 35) (pour revue voir Lazzaroni et

al., 2002). L’altération de l’une des cinq protéines provoque l'excrétion de protéines

périplasmiques (Fognini-Lefebvre et al., 1987) et induit la formation de vésicules de membrane externe (Bernadac et al., 1998). De plus, les cellules présentent un phénotype mucoïde dépendant du système Rcs (Clavel et al., 1996). C’est en conclusion de cette étude et au vu des résultats obtenus avec les mutants rfa, qu’il a été proposé pour la première fois que le système Rcs réponde à des altérations de l’enveloppe.

mdoH (opgH)

La mutation des gènes mdo responsables de la synthèse des « membrane derived oligosaccharides » engendre un phénotype pléiotrope. Elle entraîne la diminution de la mobilité et de la chémotaxie ainsi qu’une augmentation de la production d’exopolysaccharides de capsule (EPS) chez E. coli et chez E. chrysantemi (Fiedler & Rotering 1988; Bouchart et al., 2007). Ces effets sont dus à l’activation du système Rcs, la

Figure 36. Métabolisme du glucose 6-phophate chez E. coli. La mutation du gène pgi responsable de la conversion glucose 6P en fructose 6P à l’entrée de la voie glycolytique (Embden-Meyerhof) induit l’activation du système Rcs par l’accumulation de dTDP-Glucose. ECA, enterobacterial common antigen; LPS, lipopolysaccharide; CA, colanic acid; MDO, membrane-derived oligosaccharide. D’après El-Kazzaz et al., 2003.

mutation mdoH induisant le phosphorelais (Ebel et al., 1997). Cette activation est dépendante de la présence de RcsF puisqu’un double mutant rcsF mdoH ou rcsF mdoG ne présente plus d’activation des gènes cps (Shiba et al., 2004). Notons que depuis octobre 2003, la nomenclature a été modifiée dans les bases de données Swiss-Prot de mdo en opg pour « osmoregulated periplasmic glucans ».

pgi

Le gène pgi code pour la phosphoglucose isomérase, enzyme catalysant l’interconversion glucose-6-phophate ↔ fructose-6-phosphate au début de la voie glycolytique (figure 36). Un mutant pgi, incapable de métaboliser correctement le glucose-6-phosphate entraîne la surexpression des gènes cps via le phosphorelais RcsCDB. Dans ce cas, le signal perçu n’est pas l’accumulation de glucose-6-phosphate mais celle de dTDP-glucose (El-Kazzaz et al., 2004). Ce produit intervient directement dans la synthèse de l’antigène O et de l’ECA (Enterobacterial common antigen), plaçant la mutation pgi dans la catégorie des mutations activatrices du système Rcs qui affecte l’intégrité de l’enveloppe, au même titre que rfa, tol ou

mdo. La perception du dTDP-glucose périplasmique pourrait se faire directement par le

domaine PAS de RcsC ou indirectement, au niveau du domaine ABL, par interaction d’un connecteur activé par ce métabolite.

dsbA, dsbB

Le complexe ternaire DsbA-DsbB-ubiquinone est responsable de la formation de ponts di- sulfures dans les protéines périplasmiques (pour revue, voir Inaba & Ito 2008). L’expression des gènes cps est induite dans les mutants dsbA ou dsbB (Missiakas & Raina 1997). La manière dont ces mutations induisent le système Rcs est encore inconnue. Néanmoins, il faut noter que RcsF est un substrat de DsbA et qu’en son absence, RcsF est sous forme réduite (Kadokura et al., 2004). A l’heure actuelle, on ne sait pas si le pont di-sulfure de RcsF dépend juste de l’état d’oxydo-réduction du périplasme ou si sa présence / absence module la capacité de RcsF à activer la cascade Rcs. Si c’était le cas, ce serait le premier exemple de signal post- transcriptionnel activant le système Rcs via RcsF. Notons également que dsbA est une cible du système CpxAR (Danese & Silhavy 1997).

pgsA

Le gène pgsA code une enzyme impliquée dans la synthèse des phospholipides acides majeurs, le phosphatidylglycérol et la cardiolipine (pour revue, Dowhan 1997). Une mutation

nulle pgsA n’est viable à 30°C que si elle est associée à la délétion du gène lpp codant pour une lipoprotéine majeure de la membrane externe (Kikuchi et al., 2000; Matsumoto 2001; Suzuki et al., 2002). Bien que le double mutant pgsA lpp se développe normalement à 30°C, il présente une croissance thermosensible se traduisant par une croissance faible à 37°C et la lyse des cellules à 42°C. Ce phénotype est lié à l’activation du système Rcs puisqu’il peut être supprimé partiellement par la mutation de l’un des gènes rcs (Shiba et al., 2004). Seule la lyse observée à 42°C est indépendante de RcsA. En effet, contrairement au défaut de croissance à 37°C qui est supprimé par une mutation dans le gène rcsA, un mutant pgsA lpp rcsA ne restaure pas une croissance normale à 42°C (Nagahama et al., 2006). De manière concordante, une analyse par microarray montre qu’à 42°C, le gène osmB, activé par le système Rcs de manière RcsA-indépendante (Boulanger et al., 2005), est en partie responsable de la lyse d’un mutant pgsA (Nagahama et al., 2007). OsmB est une lipoprotéine de la membrane externe (Jung et al., 1989), comme Lpp. Néanmoins, son effet délétère sur un mutant pgsA à 42°C ne semble pas régi par les mêmes mécanismes moléculaires que ceux observés pour Lpp (Nagahama et al., 2007). Les auteurs proposent que l’effet de la surexpression d’une lipoprotéine de la membrane externe telle que OsmB soit exagéré par la forte déstructuration de la bicouche lipidique due à l’absence des phospholipides acides majeurs. Ceci suggère que l’effet délétère de la surexpression de OsmB sur la croissance d’un mutant pgsA lpp puisse être non spécifique, tout comme la surexpression de RcsF (c.f I.5 RcsF) ou de DjlA.

Le système TAT

Des mutations dans le système de sécrétion TAT (twin arginine translocation) activent l’expression de nombreux gènes appartenant au régulon Rcs, tels que l’opéron cps (Ize et al., 2004). Le système TAT est responsable de l’export, au travers de la membrane plasmique, de protéines matures portant un peptide signal « twin arginine » dans leur partie N-terminale. Les mutations touchant les composants du système TAT présentent un défaut d’enveloppe dû notamment à la mauvaise localisation de deux amidases impliquées dans le métabolisme de la paroi et la division cellulaire, AmiA et AmiC (Bernhardt & de Boer 2003; Ize et al., 2003). Il n’a pas été démontré si la réponse Rcs passait par RcsC, RcsF ou autre.

Figure 37. Représentation schématique de l’activation du système Rcs par la surproduction de DjlA.

Lors de sa surproduction, DjlA recrute DnaK et GprE. Par un mécanisme encore inconnu, cette surproduction active le senseur RcsC qui s’autophosphoryle sur son résidu H1. Le phosphorelais Rcs est activé, induisant, entre autres, la transcription des gènes cps de synthèse de la capsule.

H1 D1 D2 H T H ATP ADP H2 P P P P H1 D1 ABL PAS J J J J J DnaK GprE Surproduction de DjlA RcsC RcsD RcsB Induction des gènes cps ? Membrane Externe Périplasme Membrane Interne H1 D1 D2 H T H ATP ADP H2 P P P P P P P P H1 D1 ABL PAS J J JJ JJ JJ JJ DnaK GprE Surproduction de DjlA RcsC RcsD RcsB Induction des gènes cps ? Membrane Externe Périplasme Membrane Interne

isomérase périplasmique possédant une activité de chaperonne requise pour le repliement correct et l’insertion des protéines associées à la membrane externe (Lazar & Kolter 1996; Rouvière & Gross 1996). Les colonies surA sont mucoïdes dans certaines conditions (Missiakas et al., 1996). En accord avec cette observation, la mutation surA induit l’expression d’une fusion cps ::lacZ de manière dépendante de RcsC et RcsF (Castanié- Cornet et al., 2006). Notons que la mutation de surA comme celle de rfaD, augmente également la réponse au stress d’enveloppe médiée par σE (Missiakas et al., 1996; Rouvière & Gross 1996). Ce résultat n’est pas surprenant puisqu’une modification du LPS engendre l’accumulation, dans le périplasme, de protéines de la membrane externe mal conformées, condition connue pour activer la réponse RpoE (Walsh et al., 2003). Etant donné qu’au moins deux mutations conduisant à l’activation du système Rcs activent également la voie RpoE, il serait intéressant de savoir s’il en existe d’autres.