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Parutions

 

Une fenêtre d’opportunité pour contrôler la transposition

 

Des chercheurs du Laboratoire de microbiologie et de génétique moléculaires (LMGM, CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III) viennent de montrer qu’il existe, chez la bactérie, une « fenêtre d’opportunité » au cours de laquelle la transposase peut devenir apte à assurer le déplacement d’éléments mobiles dans le génome. Ce mécanisme, détaillé dans un article publié le 23 décembre 2011 dans Molecular Cell, régule efficacement le phénomène de transposition, en faisant intervenir un partenaire insoupçonné : le ribosome.

 

Les séquences d'insertion (IS), présentes dans quasiment tous les génomes procaryotes, constituent, en nombre ainsi qu’en impact, un groupe majeur d'éléments génétiques mobiles. Leur autonomie et leur capacité à se déplacer au sein des chromosomes et plasmides en font l’un des moteurs de l'évolution et de la plasticité des génomes : ils jouent un rôle important dans le transfert horizontal de gènes et sont capables de transmettre toute une panoplie de caractères pouvant conférer à leurs hôtes des avantages sélectifs tels que les résistances à divers antibiotiques. Par ailleurs, les IS peuvent être responsables de nombreux remaniements génomiques (délétions, inversions, translocations ou duplications), dont les effets peuvent être délétères pour leur hôte en l'absence de contrôles précis de ces évènements. L'investigation approfondie des mécanismes de mobilité et de leur régulation, en lien étroit avec leur hôte, s'avère donc primordiale.

L’étude de la séquence d’insertion bactérienne IS911, isolée chez Shigella dysenteriae, a révélé un mécanisme de contrôle de sa transposition faisant appel à un partenaire inattendu : le ribosome. Les expériences menées au LMGM ont montré que la fréquence de transposition d'IS911 est nettement plus élevée si la transposase, enzyme responsable de sa mobilité, est exprimée à partir des extrémités (les IR) de l’IS dont elle est issue, qui sont essentielles à la réaction. En effet, l’expression de la transposase sur un réplicon situé sur un autre locus génétique provoque une chute d’efficacité importante correspondant à un facteur 240.

Par ailleurs, il s’est avéré qu’une fois synthétisée, l’enzyme se fixait de manière inefficace aux extrémités de l’IS in vitro. En utilisant un système acellulaire de transcription/traduction in vitro, les chercheurs ont pu démontrer que la transposase d'IS911 ne s'active que si sa fixation aux IR a lieu en cours de traduction et avant sa synthèse complète. Le repliement de la protéine naissante et sa fixation aux extrémités doivent avoir lieu de façon co-traductionnelle, avant la synthèse du domaine C-terminal, dont la présence empêche toute interaction ultérieure aux IR. Il existe donc une fenêtre d'opportunité précise durant laquelle le domaine N-terminal de la transposase est capable d’une reconnaissance, suivie d'une fixation spécifique aux extrémités encadrant son propre gène. Ces préalables sont indispensables à l'activité de transposition de l’IS. Les expériences réalisées par les scientifiques suggèrent également que la présence d'une structure secondaire en tige-boucle au sein de l'ARN messager de la transposase pourrait avoir un impact sur la vitesse de traduction et donc moduler cette fenêtre d'opportunité.

La transposase ne peut mobiliser que l'élément dont elle est issue, sans avoir d'effet sur les autres copies présentes, évitant une sur-prolifération inhérente au processus réplicatif utilisé par IS911. Et lorsque sa « propre » réaction de transposition est achevée, la protéine enzymatique devient alors pratiquement inactive.

Ainsi, l’ensemble du processus décrit par les chercheurs du LMGM contrôle de manière efficace la transposition en limitant l'accumulation d'enzymes actives. Ce mécanisme interactif, qui implique le ribosome comme partenaire, représente un nouveau type de régulation d'une activité enzymatique transitoire potentiellement toxique pour la cellule. Ce phénomène de reconnaissance exclusif entre une transposase et son élément parental fait intervenir des interactions cinétiques et spatiales inédites au niveau des activités fondamentales que sont la transcription et la traduction.

 

 

 

Figure : Les transposases de nombreuses séquences d'insertion bactériennes (IS) exhibent une forte préférence pour une activité sur l'IS à partir duquel elles sont exprimées. Dans ce travail, les chercheurs du LMGM montrent que la fixation de la transposase d'IS911 sur une extrémité de l'IS n'est possible que durant les étapes précoces de traduction, lorsque la région N-terminale de la protéine émerge du ribosome. La figure montre le processus couplé de transcription du gène de la transposase par l'ARN-polymérase (ARNP) et de traduction, au niveau du ribosome, de l'ARN-messager (ARNm) correspondant. Le peptide naissant, comportant le domaine N-terminal, se trouve spatialement à proximité de l'IS parental. Ce peptide est capable de reconnaitre l'extrémité IRL voisine et d'amorcer ainsi la réaction de fixation nécessaire à la transposition de l'élément. La fixation de la partie N-terminale se produit durant une courte fenêtre d'opportunité temporelle (schématisée par le chronomètre et l'ouverture d'un diaphragme d'objectif photo), avant que la partie C-terminale de la transposase soit synthétisée par le ribosome. Ce domaine C-terminal est supposé masquer le domaine de fixation à l'ADN de la partie N-terminale, empêchant la reconnaissance et la fixation de la protéine de pleine taille si celle-ci n'a pas préalablement eu lieu de façon co-traductionnelle. Ce type de contrôle temporel, dont le partenaire est le ribosome, octroie à la transposase une activité transitoire durant une période très précise, et seulement sur l'IS parental dont elle est issue. Ce mécanisme évite ainsi de mobiliser en cascade les autres éléments présents dans la cellule, ce qui aurait pour conséquence des effets délétères sur l'intégrité du génome. © LMGM, Guy Duval-Valentin

 

 

 

En savoir plus

  • Co-translational control of DNA transposition : a window of opportunity, Guy Duval-Valentin, Michael Chandler, Molecular Cell 44(6):989-996, Published online December 23, 2011, doi:10.1016/j.molcel.2011.09.027.

 

Contact chercheurs

  • Guy Duval-Valentin
  • Michael Chandler
    Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM)
    UMR 5100 CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III
    118 Route de Narbonne
    31062 Toulouse Cedex 9

 

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