Le système ComR/ComS dans l’activation de la compétence naturelle

Une étude protéomique comparant la souche sauvage à une souche délétée des gènes codant le

transporteur Ami, a permis d’identifier le rôle indispensable de ce transporteur et ainsi que les conditions

permissives pour l’activation de la compétence naturelle (Gardan et al., 2009). Ensuite, le mécanisme

impliquant une famille de régulateur ComR associé aux phéromones ComS aussi appelé XIP (ComX/

Figure 23. Etude de cross-talk entre les systèmes Rgg/SHP de streptocoques. Ce graphe montre le niveau

maximal de luminescence mesurée pour chaque système Rgg/SHP grâce aux fusions transcriptionnelles exprimant

les gènes luxAB codant une luciférase sous le contrôle de la région promotrice d’un gène shp. La luminescence

relative (RLU/OD600) a été mesurée pour quatre systèmes en absence (gris) ou en présence de différents peptides

synthétique SHP dans le milieu. Les histogrammes sont hachurés lorsque la phéromone synthétique correspond

au SHP associé au système étudié. D’après Fleuchot et al., 2013.

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Sig-X inducing peptide) a été démontré (Fontaine et al., 2010 ; Fontaine et al., 2013 ; Gardan et al.,

2013). Cette famille de régulateurs avec des caractéristiques de Rgg-like fonctionne avec un mécanisme

similaire à la famille Rgg/SHP (Figure 22) (Fontaine et al., 2010 ; Fleuchot, 2011).

La compétence est activée par la phéromone XIP issue de la maturation de précurseur ComS par la

protéase Eep, réinternalisée par le transporteur Ami et détectée en intracellulaire par le régulateur ComR.

Le couple ComR/ComS contrôle la compétence en activant l’expression des gènes précoces tels que le

gène comX codant pour le facteur sigma de la compétence ComX qui active à son tour 135 gènes appelés

gènes tardifs. Parmi ces cibles se situent les gènes codant les protéines formant le complexe

multi-protéique appelé la transformasome nécessaire pour la compétence(Gardan et al., 2009 ; Fontaine et al.,

2010 ; Boutry et al., 2012 ; Gardan et al., 2013). La fermeture de ce mécanisme transitoire n’est pas

totalement élucidée mais le rôle de certains acteurs contrôlés par le facteur ComX est évoqué, (Boutry

et al., 2012 ; Haustenne et al., 2015). La Figure 25 montre le mécanisme ComR/ComS. Récemment, une

étude transcriptomique a montré que le régulon ComR/ComS de la souche LMD-9 de S. thermophilus

contrôle l’expression de plus de 200 gènes qui ne sont pas tous directement impliqués dans la

compétence. Cette étude suggère également un contrôle négatif indirect du locus de QS Rgg

1299

/SHP

1299

par ComR/ComS mais une démonstration expérimentale manque pour confirmer une éventuelle

interaction entre ces deux systèmes de QS (Mignolet et al., 2018). La structure cristallographique de

ComR de S. thermophilus sous la forme complexée avec phéromone et l’ADN montre que l’association

de la phéromone XIP induit une dimérisation du régulateur ComR permettant l’exposition du domaine

liant l’ADN (Talagas et al., 2016). Les différentes conformations du régulateur ComR sont illustrées

dans la Figure 24.

L’organisation génétique des gènes comR et comS est toujours conservée parmi les streptocoques avec

le gène comS toujours en aval du gène comR tandis que pour les gènes rgg et shp, l’organisation peut

différer selon les systèmes (Fleuchot et al., 2013 ; Fontaine et al., 2015). L’efficacité de la compétence

est hétérogène selon les souches de S. thermophilus. Le niveau d’expression de ComR expliquerait en

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partie mais pas totalement cette différence (Haustenne et al., 2015). Chez S. thermophilus, à la différence

des systèmes Rgg/SHP qui suivent un mécanisme classique de QS, la compétence est activée au début

de la phase exponentielle et dure environ une heure, indépendamment de la densité cellulaire. Elle

fonctionne plus comme un « dispositif temporel » que comme un mécanisme de QS dépendant de la

densité cellulaire (Gardan et al., 2013 ; Monnet et al., 2014). La Figure 26 montre l’expérience validant

cette proposition. La compétence chez S. pneumoniae (Partie 2.3) contrôlée par un mécanisme de QS

classique impliquant un TCS souligne la complexité à généraliser le mécanisme d’une même fonction

biologique.

Nous avons vu que le ferment lactique S. thermophilus est une espèce incontournable de l’industrie

laitière. Dans sa niche écologique naturelle, le lait, il est souvent en interaction avec d’autres espèces.

Examiner les différents mécanismes de communication permettrait de l’exploiter à des fins

technologiques telles qu’activer la production des peptides d’intérêts ou qu’inhiber certaines fonctions

telles que la compétence naturelle en co-culture avec d’autres espèces. La famille des phéromones SHP

associées aux régulateurs cytoplasmiques Rgg ainsi que la phéromone ComS associée au régulateur

ComR ont été étudiées expérimentalement dans la souche LMD-9 de S. thermophilus. Cependant,

l’acteur impliqué dans l’export de ces phéromones reste à déterminer pour compléter le cycle de vie de

ces phéromones. D’où, notre objectif de thèse qui est d’identifier les gènes impliqués dans le transport

de ces phéromones et aussi d’étudier l’ensemble des mécanismes contrôlés par ce transporteur.

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Figure 25. Mécanisme de l’activation de la compétence chez S. thermophilus. La phéromone ComS produite sous forme de

précurseur (1) est maturée par la protéase Eep et sécrétée par un acteur non-déterminé (2). La forme mature est

re-internalisée par le transporteur Ami (3). L’association de la phéromone mature au régulateur ComR (4) induit une

dimérisation de régulateur et le couple contrôle l’expression de leurs gènes cibles. Le facteur sigma codé par le gène comX

(A), cible de ComR/ComS, active l’expression des gènes tardifs de la compétence en s’associant à l’ARNpolymérase (B) dont

les gènes de transformasome (C). Ce complexe multiprotéique permet l’internalisation de l’ADN extracellulaire. D’après

Fontaine et al., 2015.

Figure 24. Les différentes conformations du régulateur ComR. L’association de la phéromone ComS induit la

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Figure 26. L’expérience illustrant le mécanisme ComR/ComS variant du QS classique. Le niveau d’expression

des gènes cibles shp1358 et comX activés par Rgg1358/SHP1358 (A) et ComR/ComS (B) respectivement à différent

densité cellulaire variant de 0,012 à 0,2. Le niveau de luminescence relatif (RLU/OD600) est représenté en lignes

solides et la croissance (OD600) en lignes discontinues en fonction du temps. Cette expérience illustre que dans le

cas d’un gène contrôlé par un mécanisme de QS classique, le démarrage de son expression se déclenche lorsqu’une

certaine DO est atteinte. Dans le cas du mécanisme ComR/ComS, le déclenchement de l’expression de la cible est

indépendant de la DO. D’après Monnet et al., 2014.

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✓ S. thermophilus, dont la niche écologique est le lait, est la seule espèce reconnue parmi les

streptocoques pour son innocuité avec le statut GRAS.

✓ S. thermophilus, anaérobie facultatif avec une capacité à croître à des températures élevées

(50° C) est un ferment lactique utilisé dans l’industrie laitière.

✓ Le fonctionnement des phéromones SHP s’associant aux régulateurs Rgg selon un

mécanisme de QS a été mis en évidence pour le couple Rgg

1358

/SHP

1358

produisant un

streptide dans la souche LMD-9 de S. thermophilus.

✓ Dans la souche LMD-9, la phéromone ComS contrôle la compétence naturelle en

s’associant au régulateur ComR selon un mécanisme différent du QS classique.

✓ L’identité de l’acteur sécrétant les phéromones SHP

1358

et ComS est une lacune pour

compléter le cycle de vie des phéromones détectées en intracellulaire. Nous allons

identifier ce transporteur dans ce projet.

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Résultats

Chapitre 4. Le transporteur PptAB est essentiel pour l’activation de

Dans le document Rôle clé du transporteur PptAB dans le quorum sensing chez Streptococcus thermophilus (Page 80-86)