Régulation du QS par des régulateurs transcriptionnels

La production de molécules signal de type AHL peut également être modulée en

fonction des modifications du milieu extracellulaire et indépendamment de la densité

cellulaire. En effet, les bactéries utilisent des systèmes de phosphorylation appelés systèmes à

deux composants pour percevoir les paramètres environnementaux et contrôler l’expression

d’un répertoire de gènes adéquats. Le transfert de phosphate a lieu entre une protéine histidine

kinase, réceptrice du stimulus environnemental, et un régulateur de réponse qui contrôle la

transcription de gènes cibles. Chez de nombreuses espèces de Pseudomonas associées aux

plantes, le système à deux composants GacS/GacA régule l’expression de nombreux

phénotypes. Ce système régule positivement l’expression de phzI et de ahlI qui sont des

homologues de luxI respectivement caractérisés chez P. aureofaciens, bactérie

phytobénéfique, et P. syringae, bactérie phytopathogène (Chancey et al., 1999; Chatterjee et

al., 2003; Girard et al., 2006; Marutani et al., 2008). A ce jour, le signal perçu par la protéine

réceptrice GacS n’a pas été identifié, c’est pourquoi le rôle de ce système dans la régulation

du QS reste donc indéterminé.

Un autre système à deux composants, constitué de la protéine réceptrice du signal

PprA et du régulateur de réponse PprB, est également impliqué dans la régulation du QS chez

P. aeruginosa (Dong et al., 2005a). En effet, l’inactivation du gène PprB réduit l’expression

des gènes lasI, rhlI et rhlR, empêchant l’expression de fonctions régulées par QS, fonctions

notamment impliquées dans la virulence et la mobilité de la bactérie. Des études

complémentaires ont montré que ce système régulait positivement la production d’AHLs en

modulant le transport actif dans la cellule des 3oxo,C

-HSL synthétisées par LasI, ce qui

influence la mise en place de la boucle d’autorégulation positive du gène lasI ainsi que

l’expression du système rhlI/rhlR en partie régulée le complexe LasR/3oxo,C

-HSL. Comme

pour le système GacS/GacA, le signal perçu par PprA n’a pas encore été identifié.

Figure 1.6 : Représentation du réseau de régulation des systèmes Las et Rhl chez

Pseudomonas aeruginosa.

Les système Las et Rhl régulent l’expression des facteurs de virulence extracellulaires, ainsi

que la formation de biofilms chez P. aeruginosa; le système Las régule notamment la

synthèse d’élastase; le système Rhl permet entre autre la synthèse des rhamnolipides. Le

système Las se situe au sommet de la hiérarchie du réseau, régulant à la fois la production des

molécules signal PQS (voir § 1.6) et l’expression du système Rhl. Ce système de QS est

intégré dans un réseau de régulation complexe faisant intervenir diverses protéines

régulatrices (GacA, Vfr, QscR, PprB, MvaT, RpoN, RsmA, VqsR, RpoS). Les flèches

au-dessus des promoteurs des gènes (traits en gras) indiquent une régulation positive de

l’expression des gènes alors que les traits fins parallèles à ceux des promoteurs indiquent une

régulation négative. ● 3oxo, C

-HSL, ■ C

-HSL.

(Adapté de Venturi, 2006) .

■

■

1.2.2. Autres régulateurs transcriptionnels

Les réseaux de régulation du QS peuvent également intégrer une multitude de

régulateurs transcriptionnels qui permettent de contrôler la production d’AHLs en fonction

des paramètres physiologiques conditionnant la croissance de la bactérie. Chez P. aeruginosa,

bactérie pour laquelle le processus de QS est très étudié, la régulation des deux systèmes de

QS las et rhl implique un nombre important de régulateurs en plus des systèmes à deux

composants décrits ci-dessus (Figure 1.6). Certains de ces régulateurs ont été caractérisés tels

que : Vfr, homologue de Crp (« cyclic AMP recepter protein ») qui régule l’expression de

gènes cibles en présence d’AMPc (Albus et al., 1997; Beatson et al., 2002) ; le facteur sigma

RpoS, spécifique de la phase stationnaire (Schuster et al., 2004) ; le facteur sigma alternatif

RpoN (Heurlier et al., 2003) ; la protéine de réponse au stress RelA (Erickson et al., 2004;

van Delden et al., 2001) ; les régulateurs transcriptionnels RsaL (de Kievit et al., 1999;

Rampioni et al., 2006; Rampioni et al., 2007), et MvaT impliqué dans la régulation

dépendante de la phase de croissance (Diggle et al., 2002) ; le régulateur ANR impliqué dans

le contrôle de la respiration anaérobie (Pessi & Haas, 2000) ; et VqsM, régulateur global de la

famille AraC activant l’expression du gène codant le régulateur de transcription VqsR (Dong

et al., 2005b; Juhas et al., 2004). Tous ces régulateurs influencent la production d’AHLs en

fonction des conditions de croissance de la bactérie, et notamment en fonction de l’état

trophique du milieu.

L’implication de nombreux régulateurs dans le contrôle du QS est également observée

chez d’autres espèces de Pseudomonas ; chez P. syringae, PsrA, un facteur sigma alternatif,

inhibe indirectement la transcription du gène psyR, homologue de luxR, empêchant

l’activation de la boucle d’autorégulation du gène psyI et limitant donc la production d’AHLs

(Chatterjee et al., 2007). Cette répression est également observée chez P. putida WCS358,

alors que chez P. chlororaphis PCL1391, PsrA régule positivement l’expression du système

phzI/phzR, homologue de luxI/luxR, via le régulateur RpoS. Ces différentes études montrent

que la régulation par QS dépend non seulement de l’espèce considérée mais certainement

aussi des conditions environnementales dans lesquelles se développe cette espèce (Bertani &

Venturi, 2004; Girard et al., 2006). D’autres régulateurs peuvent également influencer la

production d’AHLs chez d’autres genres bactériens ; par exemple le régulateur catabolique

Crp active la synthèse d’AHLs chez V. fischeri en réponse à la présence de certains substrats

dans le milieu (Dunlap & Greenberg, 1985; Dunlap & Greenberg, 1988; Dunlap, 1999).

Ces observations mettent en évidence la diversité des systèmes de régulation du QS

chez les bactéries, notamment au sein du genre Pseudomonas. La régulation de l’expression

B

A

Figure 1.7 : Régulation post-transcriptionnelle du QS par le système GacS/GacA/Rsm chez

Pseudomonas aeruginosa (A) et Erwinia carotovora (B).

GacS/GacA est un système à deux composants constitué de la protéine « senseur » GacS, qui une

fois activée par un stimulus de nature indéterminée (losange orange), permet de transduire le

signal en activant le régulateur de transcription GacA. (A) Chez P. aeruginosa, GacA activée

peut induire l’expression des gènes rsmZ et rsmY codant des sRNAs, dont la structure permet de

séquestrer le répresseur traductionnel RsmA et d’inhiber la fixation de cette protéine sur des

ARNm. La séquestration de la protéine RsmA conduit à lever la répression traductionnelle de

certains transcrits, notamment ceux synthétisés par le système Rhl et d’autres impliqués dans la

synthèse de facteurs de virulence ou dans la formation de biofilms. (B) Chez E. carotovora,

l’activation de GacA induit l’expression d’un seul gène codant un sRNA, RsmB, qui peut

également séquestrer la protéine régulatrice RsmA. La séquestration de RsmA favorise la

traduction des transcrits du gène codant l’AHL synthase ExpI et de transcrits impliqués dans la

virulence. La protéine RsmC active la transcription de rsmA et inhibe celle de rsmB.

des gènes responsables de la production d’AHLs est par conséquent intégrée dans un réseau

global de régulation et ne dépend pas uniquement de la densité de population.