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Parutions

 

Un anneau double pour dérouler l’ADN

 

Une équipe du laboratoire Bases moléculaires et structurales des systèmes infectieux (BMSSI, CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) vient de découvrir la présence d’un anneau double chez le bacille Helicobacter pylori. Cette structure, qui simplifie la réplication de l’ADN dans les deux directions opposées, n’avait encore jamais été identifiée chez une bactérie. Ces travaux ont été publiés dans la revue Structure et réalisés avec la collaboration du laboratoire Biologie structurale des interactions entre virus et cellule hôte (UVHCI, CNRS/Université Joseph Fourier/EMBL), de l’Institut de biologie structurale (IBS, CNRS/CEA/Université Joseph Fourier) et de l’Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) de Grenoble.

 

Chaque organisme vivant doit réaliser une copie de son ADN génomique avant de se multiplier. Ce processus, que l’on appelle la réplication, est initié par la formation d’une « fourche » à un endroit bien précis du chromosome, où sont ensuite chargées les enzymes nécessaires à la synthèse des copies d’ADN. Chez les bactéries, c’est précisément l’assemblage de la protéine initiatrice DnaA avec le chromosome qui permet d’ouvrir localement l’ADN et de former une « bulle de réplication ». L’intervention d’une seconde protéine, DnaB, a pour effet de séparer les deux brins de la molécule de part et d’autre de la bulle et d’accrocher les enzymes qui vont fabriquer les copies.

DnaB est une sorte de moteur moléculaire qui utilise l’énergie issue de l’hydrolyse de l’ATP pour séparer les deux brins d’ADN. Chez toutes les bactéries étudiées jusqu’à présent, la forme active de DnaB est un anneau de six molécules qui encercle un seul des deux brins d’ADN, alors que l’autre passe à l’extérieur. Cet anneau possède une polarité, c’est à dire qu’il ne peut dérouler l’ADN que dans un sens. Il en faut donc deux pour que la réplication de l’ADN puisse se faire dans des directions opposées.

Le premier anneau de DnaB est chargé au niveau de la bulle de réplication grâce à une interaction avec la protéine initiatrice DnaA. Pour charger le second, les bactéries mettent à contribution un ou plusieurs facteurs de chargement, qui interagissent à la fois avec DnaA et DnaB, permettant ainsi de positionner les deux anneaux en sens inverse. Les facteurs de chargement ne sont cependant pas présents chez toutes les bactéries. Mais alors, comment font ces dernières pour charger les deux anneaux à l’inverse l’un de l’autre sur les brins d’ADN ?

L'équipe de Laurent Terradot au laboratoire BMSSI a étudié, avec la collaboration de l’UVHCI (Irina Gutsche), de l'IBS (Joanna Timmins) et de l'ESRF, la structure de la protéine DnaB chez la bactérie Helicobacter pylori. Ce microorganisme est un pathogène humain qui a la particularité de coloniser l’estomac et de provoquer, dans bien des cas, des ulcères et des cancers localisés. L’existence d’un facteur de chargement chez H. pylori n’a encore jamais été démontrée. Mais de manière étonnante, les chercheurs ont observé que lorsque le facteur de chargement d’Escherichia coli est remplacé par la protéine DnaB d’Helicobacter pylori, la bactérie ainsi modifiée peut vivre sans problème ! Cette expérience indique donc que la DnaB d’H. pylori peut se substituer au facteur de chargement d’E. coli, en assurant exactement lesmêmes fonctions.

En combinant microscopie électronique, biophysique et cristallographie aux rayons X, les scientifiques sont parvenus à visualiser la structure de DnaB chez Helicobacter pylori. Ils montrent ainsi que la protéine ne forme pas d’anneaux distincts, mais un anneau double retourné (voir Figure), qui se positionne sur la bulle de réplication. Cette structure, dissociable selon un mécanisme qui reste à prouver, représente une solution simple pour le chargement simultané de deux anneaux en sens inverse sur les brins d’ADN à répliquer.

Cette découverte est d’autant plus surprenante que des doubles anneaux similaires ont déjà été observés chez les hélicases de bactéries ancestrales, de virus et d’eucaryotes, mais jamais encore chez les bactéries d’aujourd’hui. Ainsi, il semblerait que la stratégie du double anneau soit répandue au sein de tous les ordres du vivant, mais que certaines bactéries se soient éloignées de ce modèle commun.


 

Figure : Représentation du double anneau de DnaB chez Helicobacter pylori, grâce à la combinaison des techniques de microscopie électronique, qui révèle l’enveloppe de l’anneau (en gris), et de cristallographie aux rayons X, qui dévoile la structure des deux anneaux intimement liés l’un à l’autre (en bleu et rouge). © BMSSI, Laurent Terradot

 

 

En savoir plus

  • Architecture of a dodecameric bacterial replicative helicase, Meike Stelter, Irina Gutsche, Ulrike Kapp, Alexandre Bazin, Goran Bajic, Gaël Goret, Marc Jamin, Joanna Timmins, Laurent Terradot, Structure (2012), 20(3):554-564, doi:10.1016/j.str.2012.01.020.


Contact chercheur

  • Laurent Terradot
    Bases moléculaires et structurales des systèmes infectieux (BMSSI)
    UMR 5086 CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1
    Institut de biologie et chimie des protéines (IBCP)
    7 Passage du Vercors
    69367 Lyon Cedex 7

 

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