Etude de la radiorésistance de l'archaeon Thermococcus gammatolerans

par Christophe Leplat

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Génomique

Sous la direction de Fabrice Confalonieri.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Dans leurs environnements naturels, certains organismes peuvent être confrontés aux rayonnements ionisants. Une minorité d'entre eux ont clairement montré une extrême radiorésistance face à ce type de stress. Mon projet de recherche a pour but de comprendre les mécanismes moléculaires qui contribuent à la radiorésistance de l'un de ces organismes, une archaea anaérobie stricte et hyperthermophile Thermococcus gammatolerans. Cet organisme récemment découvert est comme la bactérie modèle Deinococcus radiodurans capable de tolérer des doses massives d'irradiation γ. Au cours de cette étude, nous avons tout d'abord analysé le génome de T. Gammatolerans suite à son séquençage afin de comprendre les différents mécanismes lui permettant de croître, de répliquer son chromosome, de réparer les lésions dans l'ADN ou encore de détoxifier les radicaux libres. L'annotation de son génome a été comparée à un protéome. Cette étude a entre autres permis de comparer le contenu protéique en fonction de la phase de croissance, d'identifier des « hypothetical protein » et de prouver leur présence. À la suite de cette analyse, nous avons testé la capacité de T. Gammatolerans à faire face aux rayonnements γ dans différentes conditions de croissance. Cette étude a été menée par des approches de survie cellulaire, de reconstitution du chromosome et de reprise de la division cellulaire. La capacité de T. Gammatolerans à faire face aux rayonnements ionisants est dépendante de l'apport en nutriments et de l'orientation du métabolisme central. Lorsque son métabolisme est orienté vers la voie d'assimilation des peptides et acides aminés, la survie cellulaire est moins importante en milieu défini (ASW-20aa-S°) qu'en milieu riche (VSM-S°). De plus sa survie est altérée si son métabolisme est orienté vers la voie des carbohydrates. La vitesse de réparation du génome est également dépendante de ces conditions de croissance, suivant la même tendance que les survies cellulaires. Pour autant, la radiorésistance de T. Gammatolerans ne dépend pas uniquement des vitesses de réparation du génome car en milieu riche, nous avons montré que le changement de conditionnement des cellules pouvait augmenter considérablement cette cinétique sans nécessairement entraîner une perte de viabilité cellulaire. Enfin, si les cellules sont maintenues en phase stationnaire de croissance sur une période de 20 heures puis irradiées, les cinétiques de reconstitution du chromosome sont plus rapides. Pour autant les survies cellulaires sont plus altérées dans cette condition et pourraient refléter une structure du nucléoïde différente ou bien des protéines moins abondantes à ce stade cellulaire qui seraient impliquées dans la radiorésistance de T. Gammatolerans. Pour finir, nous avons réalisé une étude transcriptomique chez T. Gammatolerans pour les doses d'irradiation de 2,5 kGy et 5 kGy. Cette analyse a été effectuée dans le temps nécessaire à cet organisme pour reconstituer son génome. Ce travail a montré une re-organisation complète du métabolisme central après irradiation des cellules, mais également révélé des processus majeurs impliqués dans la radiorésistance de cet organisme comme les systèmes de détoxification de radicaux libres. De plus, nous avons pu mettre en évidence par cette approche plusieurs gènes orphelins qui pourraient avoir un rôle important dans la radiorésistance de T. Gammatolerans. Enfin, le phosphate, le brome et le fer participent également à la radiorésistance de cet organisme.

  • Titre traduit

    Characterisation of the radiorestistance in the archaeon Thermococcus gammatolerans


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Ln their natural environments, various organisms are able to thrive despite ionising radiations. Only few of them have developed a clear extreme radioresistance to this later stress. My thesis project aims to understand the molecular mechanisms underlying radioresistance in one of these organisms, a strictly anaerobic hyperthermophilic archaea called Thermococcus gammatolerans. This organism was recently isolated and is able, as the model bacteria Deinococcus radiodurans, to tolerate massive irradiation dose of gamma rays. During this project, we first analysed the genome of T. Gammatolerans in order to understand the different mechanisms that support growth, chromosomal replication, DNA lesion reparation or free radical detoxification. The genome annotation was also compared to the proteome. This approach allows the comparison of protein content according to the growth rate and the identification of hypothetical proteins. We then investigated the ability of T. Gammatolerans to face gamma irradiation in different growth conditions following cell survival, chromosomal reconstitution after irradiation and restart of cell division. The approaches indicated that T. Gammatolerans ability to face gamma ray depend on nutrient availability and orientation of the central metabolism. When the metabolism is oriented towards the amino acids and peptide assimilation pathway, the cell survival is lower in minimum medium (ASW-20AA-S°) than in rich medium (VSM-20AA-S°). Moreover, the cell survival is altered if the metabolism is oriented towards the carbohydrates pathway. The time required for genome reconstitution is also determined by the growth condition, following the same tendency. But, T. Gammatolerans radioresistance does not only rely on the speed of the genome reparation since in rich medium we showed that culture conditioning can considerably slows down the chromosomal reparation kinetic without loss of viability. At last, if the cells are maintained in stationary phase over 20 hours and then irradiatect, the chromosomal reconstitution kinetic is faster associated with a lesser cell survival probably because of structural modification in the nucleoid or low abundance of proteins involved in T. Gammatolerans radioresistance. Finaly, we performed a genome wide transcriptomic analysis for two gamma ray doses (2,5 and 5kGy). This method showed a complete reorganisation of the central metabolism following irradiation, but also revealed major processes involved in radioresistance such as free radical detoxification. This analysis also highlighted several orphan genes potentially involved in radioresistance in T. Gammatolerans. At last, this work demonstrated that phosphate, brome and iron also play a role in the radioresistance of this organism.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (212 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-212

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)193
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