Synthèse du peptidoglycane chez les coques

Les sites et le mode d’insertion du néo-PG chez S. pneumoniae comme chez tous les coques Gram+ sont très mal connus. Lorsque le pneumocoque est observé en microscopie électronique ou à balayage (Figure 12), on observe à sa surface la présence d’un anneau équatorial formé par une excroissance de PG (Tomasz, 2000; Tomasz et al., 1964). Au cours de la croissance de la bactérie, cet anneau équatorial initial est dupliqué en deux anneaux entre lesquels va être incorporé le néo-PG (Briles et Tomasz, 1970; Laitinen et Tomasz, 1990; Tomasz et al., 1971). Les deux anneaux équatoriaux dupliqués vont se séparer et s’éloigner progressivement l’un de l’autre (Figure 12). Ils seront les marqueurs du futur site de division des deux cellules filles et seront à leur tour dupliqués au cours du cycle de division suivant (Tomasz, 2000).

Figure 12. Des anneaux équatoriaux formés par une excroissance de peptidoglycane sont observés à la surface de S. pneumoniae. A : Observation de S. pneumoniae par microscopie à balayage. L’anneau équatorial initial se divise en deux anneaux équatoriaux qui s’éloignent progressivement l’un de l’autre au cours de la croissance du pneumocoque. Ils marqueront le site de division des cellules filles. B : Observation de S. pneumoniae par microscopie électronique. Sur la cellule du haut qui n’est pas encore rentrée en division, les flèches noires montrent la position de l’anneau équatorial initial. Sur la cellule du bas, les flèches en gris clair montrent la position des deux anneaux équatoriaux dupliqués entre lesquels la synthèse du septum a été initiée (flèche en gris foncé) (D’après Tomasz, 2000).

La choline ou l’éthanolamine se greffent sur les acides téichoiques qui se lient aux précurseurs du PG dès que ces derniers sont synthétisés, ces composés sont donc incorporés simultanément au PG existant (Mosser et Tomasz, 1970; Tomasz, 1967; Tomasz et al., 1975). Ainsi, les régions de néo-incorporation de choline ou d’éthanolamine peuvent être assimilées aux zones de néo-synthèse de muréine. Par ailleurs, lorsque de l’éthanolamine est incorporée à la place de la choline sur les acides téichoiques, les cellules ne parviennent plus à se séparer complètement à la fin d’un cycle de division et forment de longues chaînes (Mosser et Tomasz, 1970; Tomasz, 1968). Ce phénomène est réversible lorsque de la choline est à nouveau rajoutée au milieu de culture (Tomasz et al., 1975). Ces différentes propriétés ont été

utilisées par Briles et Tomasz pour visualiser les zones de synthèse de la paroi au cours de plusieurs générations. L’observation de ces cellules par autoradiographie a montré que du néo-PG était incorporé dans les deux hémisphères situés de part et d’autre du septum (Figure 13A et 13B) mais n’a pas permis de déterminer si cette incorporation était diffuse ou localisée et s’il existait plus d’une zone de synthèse (Briles et Tomasz, 1970). Les auteurs suggèrent l’existence de trois zones de synthèses : une première zone « primaire » au niveau du septum et deux autres zones « secondaires » au niveau des anneaux équatoriaux dupliqués (Briles et Tomasz, 1970).

Figure 13. Synthèse du peptidoglycane chez S. pneumoniae. A-B : Représentations schématiques de la ségrégation du néo-PG chez S. pneumoniae. Une souche de pneumocoque est cultivée en présence de choline marquée au tritium, puis transférée dans un milieu contenant de l’éthanolamine froide, les étapes successives de croissance et de division sont montrées du haut vers le bas des pyramides. Le nouveau PG est synthétisé de part et d’autre du septum (flèches noires). Si la cellule n’est pas encore entrée en division au moment du changement de milieu, l’ancien PG qui contient de la choline est repoussé aux extrémités de la chaîne de pneumocoque en croissance (A), dans le cas inverse, il est repoussé vers le centre et aux extrémités de la chaîne (B). C : Cellules de pneumocoque cultivées en présence d’éthanolamine, transférées brièvement dans un milieu contenant de la choline, puis soumise à la digestion d’une amidase. Seul le néo-PG contenant de la choline a été digéré dans la région équatoriale de la cellule. (D’après Briles and Tomasz, 1970 et Laitinen and Tomasz, 1990).

La paroi du pneumocoque dépourvue de choline est résistante à l’action des amidases (Giudicelli et Tomasz, 1984; Holtje et Tomasz, 1975; Mosser et Tomasz, 1970). Cette propriété a permis de localiser les zones de néo-synthèse de la paroi (Figure 13C) et de confirmer l’incorporation de néo-PG dans la région située entre les deux anneaux équatoriaux dupliqués, sites de division des deux futures cellules filles (Figure 14A) (Laitinen et Tomasz, 1990).

Chez Streptococcus pyogenes, et Enterococcus faecalis, deux autres coques Gram+, des expériences de marquage fluorescent alternatif de la muréine ont montré que la synthèse de paroi s’effectue également dans une zone située entre le septum de la bactérie en division et les sites de septation des deux futures cellules filles (Cole et Hahn, 1962; Higgins et al., 1971). Pour ces deux bactéries, il a été proposé qu’à chaque cycle de division corresponde un site de synthèse unique et localisé : le néo-PG serait incorporé en périphérie du septum, de

façon centripète (Cole et Hahn, 1962; Higgins et al., 1971). Quelques modifications ont par la suite été apportées au modèle relatif à E. faecalis. Comme S. pneumoniae, E. faecalis possède des marqueurs de surface constitués d’excroissance de PG et dont la localisation équatoriale coïncide avec les sites de division successifs de la bactérie. Une approche mathématique de la synthèse pariétale d’E. faecalis, basée sur la mesure du volume cellulaire et de la quantité de muréine entre les deux anneaux équatoriaux dupliqués, a permis de déduire l’existence de deux zones d’insertion de néo-PG (Higgins et Shockman, 1970; Higgins et Shockman, 1976). Les précurseurs seraient d’abord assemblés au niveau du septum, la couche de PG septale périphérique serait ensuite séparée en deux pour générer les parois nécessaires à la formation des deux cellules filles (Figure 14B). Au niveau de la deuxième zone de synthèse, située entre le septum et les marqueurs de surface équatoriaux, une insertion diffuse de PG permettrait d’épaissir les nouvelles parois (Higgins et Shockman, 1970; Higgins et Shockman, 1976).

Figure 14. Interprétation schématique de la synthèse du peptidoglycane chez S. pneumoniae (A) et chez E. faecalis (B). A : Chez S. pneumoniae, du néo-PG (en noir) est incorporé dans la zone située entre les deux anneaux équatoriaux dupliqués. B : Le septum d’E. faecalis serait synthétisé à partir de la zone d’insertion A de précurseurs du PG. Le septum se diviserait en deux couches de PG constituant la nouvelle paroi des deux cellules filles. Des précurseurs du PG seraient insérés au niveau de la zone B afin d’épaissir les jeunes parois (D’après Laitinen and Tomasz, 1990 et Higgins and Shockman, 1976).

IV.4. Relations entre la composition du peptidoglycane et la croissance de S.