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Parutions

 

DprA, une protéine qui contrôle l'état de compétence chez le pneumocoque

 

La bactérie Streptococcus pneumoniae, aussi connue sous le nom de pneumocoque, est capable d'intégrer des séquences d'ADN exogènes dans son génome. Ce processus de « transformation génétique » nécessite l'induction d'un état transitoire appelé « compétence ». Le rôle de la protéine DprA dans l'extinction de cette compétence vient d'être documenté par des chercheurs du Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM, CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier), en collaboration avec le Laboratoire de génétique microbienne de l'INRA. Ces travaux ont fait l'objet d'une publication dans la revue PNAS.


La très grande variabilité de sa capsule externe de polysaccharides permet au pneumocoque d’échapper à la phagocytose et de maintenir ainsi sa virulence. La synthèse de cette capsule protectrice requiert 10 à 20 gènes de 10 000 à 30 000 paires de bases, regroupés au sein d’un même locus chromosomique. Près d’une centaine de sérotypes capsulaires différents ont été répertoriés. L’ensemble des séquences correspondantes représentent presque l’équivalent du génome d’un pneumocoque isolé, soit environ 2,2 millions de paires de bases (1). L’accès à ce « pool génétique d’espèces » et l’échange de sérotype capsulaire qui en résulte peut se faire par transformation génétique (2). Des études épidémiologiques récentes confirment que cet échange de sérotype capsulaire permet l’évasion vaccinale, réduisant ainsi l’efficacité de la vaccination contre le pneumocoque (3).

La transformation génétique naturelle peut remplacer la reproduction sexuée, absente chez les bactéries, et contribuer à leur diversification en permettant des échanges de gènes intra- et inter-espèces. Chez de nombreuses espèces, la capacité à « transformer » est transitoire. Elle requiert le développement d'un état physiologique particulier, appelé « compétence », et dépend d'une machinerie spécialisée qui assure la fixation d'ADN exogène double-brin, l'internalisation de fragments simple-brin dans la cellule, puis leur intégration physique dans le chromosome par recombinaison homologue (4).

La compétence du pneumocoque est induite lorsqu'un petit peptide de 17 acides aminés, le CSP, codé par le gène comC, est détecté par son récepteur, l'histidine kinase membranaire ComD. Celui-ci active en retour le régulateur de réponse ComE, en le phosphorylant sous la forme ComE~P. Ce régulateur « maître » de la compétence active alors l'expression des gènes de la compétence (com) dits « précoces », y compris comCDE, qui amplifie le signal d'induction et explique ainsi le déclenchement soudain et synchrone de la compétence dans toutes les cellules d'une culture. Parmi les gènes précoces, comX code pour σX, le facteur sigma alternatif requis à l'expression spécifique d'une centaine de gènes com dits « tardifs », dont ceux codant pour la mach inerie de transformation.

Mais si l'induction de la compétence pour la transformation génétique du pneumocoque est aujourd'hui bien comprise, le mécanisme de son extinction, tout aussi rapide que l'induction, est longtemps resté inexpliqué. Dans l'article de PNAS, l'équipe de Jean-Pierre Claverys et Patrice Polard au LMGM et leurs collaborateurs ont montré que la protéine DprA, déjà identifiée comme acteur central de la recombinaison homologue au cours de la transformation (5), exerce un contrôle négatif sur la compétence via une interaction directe avec le régulateur de réponse ComE sous sa forme phosphorylée ComE~P. Cette interaction aboutit à l'inhibition de la transcription des promoteurs des gènes com précoces et plus particulièrement du gène comX. Couplée à l'instabilité de σX, cette inhibition a pour résultat l'abolition très rapide de l'expression des gènes com tardifs.

Cette étude qui combine des approches génétiques et biochimiques révèle donc que la compétence est rétro-contrôlée par une protéine directement impliquée dans la recombinaison de l'ADN transformant. En effet, DprA joue un rôle déterminant à la fois dans la plasticité du génome et dans le contrôle génétique de l'état de compétence au cours duquel elle est spécifiquement synthétisée. Reste à comprendre si cette protéine interfère simplement avec la fixation de ComE~P sur ses cibles ou si elle stimule la déphosphorylation de ComE~P, et quelle est la signification biologique de cette régulation.



Figure : Représentation schématique du double rôle de la protéine DprA chez le pneumocoque. A) Dans le contrôle de la compétence, DprA antagonise le régulateur de réponse ComE sous sa forme phosphorylée (ComE~P), bloquant ainsi l'expression des gènes com précoces, et en particulier le gène comX essentiel à l'expression des gènes com tardifs. Cette antagonisation ferait intervenir (a) la séquestration de ComE~P, empêchant sa fixation sur les promoteurs com précoces, ou (b) la stimulation de sa déphosphorylation, le régulateur de réponse se retrouvant alors sous sa forme non-phosphorylée et agissant comme répresseur des promoteurs com précoces (6). B) Dans la transformation, DprA interagit avec l'ADN exogène internalisé sous forme simple brin (ssDNA) et avec la recombinase RecA pour favoriser le chargement de cette dernière sur l'ADN transformant, préalable requis à l'intégration physique de l'ADN internalisé dans le chromosome. © LMGM, Jean-Pierre Claverys





Notes

  • (1) Genetic analysis of the capsular biosynthetic locus from all 90 pneumococcal serotypes, Stephen Bentley, David Aanensen, Angeliki Mavroidi, David Saunders, Ester Rabbinowitsch, Matthew Collins, Kathy Donohoe, David Harris, Lee Murphy, Michael Quail, Gabby Samuel, Ian Skovsted, Margit Staum Kaltoft, Bart Barrell, Peter Reeves, Julian Parkhill, Brian Spratt, PLoS Genetics (2006), 2(3):e31, doi:10.1371/journal.pgen.0020031.

  • (2) La transformation génétique chez Streptococcus pneumoniae a été découverte il y a plus de 80 ans par Fred Griffith. The significance of pneumococcal types, Fred Griffith, Journal of Hygyen (1928), 27(2): 113-159.

  • (3) Vaccine escape recombinants emerge after pneumococcal vaccination in the United States, Angela Brueggemann, Rekha Pai, Derrick Crook, Bernard Beall, PLoS Pathogens (2007), 3(11):e168, doi:10.1371/journal.ppat.0030168.

  • (4) Programmed protection of foreign DNA from restriction allows pathogenicity island exchange during pneumococcal transformation, Calum Johnston, Bernard Martin, Chantal Granadel, Patrice Polard and Jean-Pierre Claverys, PLoS Pathogens (2013), 9(2): e1003178, doi:10.1371/journal.ppat.1003178. Une enzyme qui favorise l'acquisition de séquences génétiques étrangères chez le pneumocoque, Actualité de l'INSB (2013).

  • (5) Structure-function analysis of pneumococcal DprA protein reveals that dimerization is crucial for loading RecA recombinase onto DNA during transformation, Sophie Quevillon-Cheruel, Nathalie Campo, Nicolas Mirouze, Isabelle Mortier-Barrière, Mark Brooks, Marion Boudes, Dominique Durand, Anne-Lise Soulet, Johnny Lisboa, Philippe Noirot, Bernard Martin, Herman van Tilbeurgh, Marie-Françoise Noirot-Gros, Jean-Pierre Claverys, Patrice Polard, PNAS (2012), 109(37):E2466-E2475, doi:10.1073/pnas.1205638109.

  • (6) ComE/ComE~P interplay dictates activation or extinction status of pneumococcal X-state (competence), Bernard Martin, Anne-Lise Soulet, Nicolas Mirouze, Marc Prudhomme, Isabelle Mortier-Barrière, Chantal Granadel, Marie-Françoise Noirot-Gros, Philippe Noirot, Patrice Polard, Jean-Pierre Claverys, Molecular Microbiology (2012), 87(2):394-411, doi:10.1111/mmi.12104.


En savoir plus

  • Direct involvement of DprA, the transformation-dedicated RecA loader, in the shut-off of pneumococcal competence, Nicolas Mirouze, Mathieu Bergé, Anne-Lise Soulet, Isabelle Mortier-Barrière, Yves Quentin, Gwennaele Fichant, Chantal Granadel, Marie-Françoise Noirot-Gros, Philippe Noirot, Patrice Polard, Bernard Martin, Jean-Pierre Claverys, PNAS (2013), doi:10.1073/pnas.1219868110.

 

Contact chercheurs

  • Jean-Pierre Claverys
  • Patrice Polard
    Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM)
    UMR5100 CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III
    118 route de Narbonne
    31062 Toulouse Cedex 9

 

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