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25 mai

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Une pause nécessaire pour se transformer !

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La bactérie Streptococcus pneumoniae, communément appelée le pneumocoque, est capable d’intégrer dans son génome des séquences d'ADN présentes dans le milieu extérieur. Ce processus, appelé transformation, nécessite l'induction d'un état physiologique transitoire, la compétence. Des chercheurs du Laboratoire de Microbiologie et Génétique Moléculaires ont publié le 20 novembre dans la revue Nature Communications la mise en évidence d’un arrêt programmé de la division cellulaire lors la compétence, dont le rôle est d’assurer la maintenance de l’intégrité du génome transformé.

© Nathalie Campo

© Nathalie Campo

Chez tous les organismes vivants, les différents mécanismes de réparation de l’ADN sont coordonnés avec la progression du cycle cellulaire pour assurer l’intégrité des chromosomes, la multiplication des cellules et leur survie. C’est le cas du système SOS chez les bactéries, dont l’induction, suite à l’endommagement de son génome, s’accompagne de l’inhibition de la division cellulaire. Plusieurs espèces bactériennes sont dépourvues du système SOS, parmi lesquelles Streptococcus pneumoniae (le pneumocoque), un pathogène humain majeur. Chez cette bactérie, des agents endommageant l’ADN, incluant des antibiotiques, induisent le processus de transformation génétique naturelle.

La transformation naturelle est un mécanisme d’échange d’ADN très conservé chez les bactéries, qui contribue à leur diversification en permettant des échanges de gènes intra- et inter-espèces. Cette capacité à « transformer » est généralement transitoire et requiert le développement d'un état physiologique particulier, dit de « compétence ». La transformation dépend d'une machinerie spécialisée, synthétisée et assemblée par les cellules compétentes, qui assure la fixation d'ADN exogène double-brin, l'internalisation dans la cellule sous forme de fragments simple-brin, puis leur intégration physique dans le chromosome par recombinaison homologue.

Dans cette étude, les auteurs révèlent un lien inédit entre la compétence et le cycle cellulaire du pneumocoque. Ils montrent que la division cellulaire est retardée au cours de la compétence. L’analyse précise des paramètres morphologiques de cellules isolées indique qu’elles sont bloquées à l’étape de constriction, qui correspond à l’invagination de la membrane cytoplasmique au milieu de la cellule mère. Une seule protéine apparait nécessaire et suffisante pour provoquer ce blocage transitoire de division et de croissance cellulaire, rallongeant d’un tiers la durée du cycle cellulaire. Cet inhibiteur de division est la protéine membranaire ComM, dont l’expression est fortement induite dans les cellules compétentes et où elle s’accumule au site de constriction.

L’identification de ComM a permis aux auteurs de construire des souches mutantes pour étudier le rôle de l’arrêt de division lors du processus de transformation. Une source majeure d’ADN exogène pour les cellules compétentes est l’ADN du génome issu d’autres cellules de la population en croissance. L’intégration dans le génome, par recombinaison, de cet ADN parfaitement homologue génère la fusion à haute fréquence des deux copies néo-répliquées à partir de l’unique chromosome circulaire. Il en résulte une sous-population de cellules transformées dont le génome est un dimère de chromosomes. La résolution de ce dimère en deux monomères est essentielle pour éviter sa fragmentation par effet guillotine à l’étape de constriction de la division cellulaire et permettre la ségrégation des monomères dans les cellules filles. C’est précisément à ce niveau que l’action de ComM est bénéfique à la transformation : en induisant une pause de la constriction, ComM permet l’exécution du processus de résolution du dimère de chromosome dans une fenêtre de temps suffisante, ce qui évite la fragmentation du génome et sauve les cellules transformées.

La plasticité génétique du pneumocoque à laquelle contribue fortement la transformation génétique est un élément clé de sa pathogénicité. Aussi, les auteurs de cette étude proposent que l’arrêt de division transitoire dépendant de ComM contribue au potentiel élevé d’adaptation de cette bactérie en optimisant le processus de transformation sans compromettre la viabilité des cellules.

Pour lire l'intégralité de cet article, voir le site de l'Institut des sciences biologiques du CNRS.

Dates
le 15 janvier 2018

Date de mise à jour 15 janvier 2018


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