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Parutions

 

Le rôle des « usual suspects » dans l’organisation 3D du chromosome de E. coli

 

Le travail collaboratif de plusieurs laboratoires français a permis de caractériser l’organisation multi-échelle du chromosome chez Escherichia coli. Il révèle comment différents facteurs coopèrent ou s’opposent pour contrôler le repliement du chromosome dans la cellule.  Ainsi, de nombreux contacts dynamiques à différentes distances sont associés au processus de transcription, à la formation de la chromatine ou à l’activité de la condensine bactérienne. Cette étude publiée en ligne le 18 janvier 2018 dans la revue Cell, illustre les différents processus qui contrôlent finement l'organisation spatiale du génome

 

Tous les génomes doivent être précisément organisés pour assurer leur bon fonctionnement et l’accessibilité à l’information génétique qu’ils contiennent. Les génomes bactériens, constitués généralement d’un seul chromosome circulaire, n’échappent pas à cette contrainte. Ce chromosome est efficacement compacté dans une structure appelée nucléoïde, permettant simultanément la régulation des gènes et la ségrégation des chromosomes dupliqués après leur réplication. Des travaux antérieurs, menés sur différentes espèces bactériennes, avaient suggéré que la formation du nucléoïde résultait de différents processus: i) le surenroulement de la molécule d'ADN, ii) l'encombrement macromoléculaire, iii) des processus hors d'équilibre tels que la transcription, iv) la présence d’une chromatine bactérienne résultant de la liaison à l’ADN de protéines abondantes, v)  la condensation de l’ADN par des protéines spécialisées, les condensines.
En utilisant différentes approches de génétique et de génomique ainsi que des méthodes de capture de conformation de chromosome (3C) et de microscopie à fluorescence, des chercheurs de l’I2BC (CNRS, CEA, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay), de l’Institut Pasteur, du Collège de France et de l’Université Pierre et Marie Curie ont exploré l'impact de plusieurs facteurs sur le repliement et l'organisation multi-échelle du chromosome de la bactérie modèle E. coli. L'analyse de l’organisation des chromosomes de différents mutants a permis de préciser l'influence de la régulation transcriptionnelle sur la structure locale de la chromatine et les rôles contrastés des principales protéines associées au nucléoïde sur l'architecture 3D du chromosome. Ces travaux ont également permis d’identifier deux modes de communication dans l’ADN chromosomique, définissant deux entités structurellement distinctes, la région ter (où se termine la réplication du génome) et le reste du chromosome.
Le premier mode de communication, homogène sur la majeure partie du chromosome à l’exception de la région ter, permet le contact entre des sites séparés de plusieurs centaines de kilobases. Ces contacts résultent de l’action combinée de la condensine bactérienne MukBEF et de la protéine ubiquitaire HU. Alors que l’activité du complexe MukBEF pourrait favoriser les contacts entre sites d’ADN distants via un processus d’extrusion de boucle d'ADN proposé pour d’autres condensines, l’implication de protéines associées au nucléoïde, telle que HU, dans la promotion de telles interactions à longue distance n’a jamais été décrite auparavant.
Le second mode de communication est effectif au sein de la région ter où la protéine MatP empêche l'activité MukBEF, et où les contacts sont limités à ~ 280 kb, créant un domaine avec des propriétés structurelles uniques. Par ailleurs, ces travaux ont également démontré comment d’autres protéines associées au nucléoïde, comme Fis ou H-NS, contribuent à son organisation en modulant, à des distances différentes, les contacts entre sites d’ADN.

Cette étude révèle une conformation multi-échelle du chromosome impliquant des protéines ubiquitaires qui présentent des différences jusqu’alors insoupçonnées pour le contrôle de la dynamique des chromosomes. Combinés, ces résultats mettent en évidence les caractéristiques singulières de la région ter chez E. coli et révèlent les mécanismes qui confèrent à cette région chromosomique des propriétés distinctes.

 

Figure : Organisation multi-échelle du chromosome de E. coli. A. La distribution des contacts entre sites d’ADN distants révèle l’organisation 3D globale du chromosome.  B. L’inactivation du facteur MatP entraine un profond changement dans l’organisation de la région ter du chromosome.

© Axel Cournac

 

 

En savoir plus

Contact chercheur

 

  • Frédéric Boccard

    Equipe Conformation et Ségrégation du chromosome bactérien,
    Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC),
    CNRS UMR 9198, CEA, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay,
    1 Avenue de la Terrasse,
    91198 Gif-sur-Yvette Cedex

    01 69 82 32 17

     

  • Romain Koszul

    Régulation spatiale des génomes
    CNRS UMR 3525, Institut Pasteur
    Département de Génomes et Génétique
    28 rue du Dr. Roux
    75724 Paris Cedex 15

    01 40 61 33 25

 

Mise en ligne le 22 janvier 2018

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