The complex auto-regulation and growth rate dependence of gene expression of the initiation factor DnaA in Escherichia coli

par Chiara Saggioro

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire

Sous la direction de Bianca Sclavi.

Soutenue en 2011

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Auto régulation complexe et la dépendance de taux de croissance d'expression de gène de l'initiationdu facteur de DnaA dans Escherichia coli


  • Résumé

    Les bactéries sont capables de s’adapter rapidement aux changements de l’environnement grâce à une régulation concertée de différents processus cellulaires comme la transcription, la réplication de l’ADN et la division cellulaire. Dans des conditions où la disponibilité en nutriments permet aux bactéries de pousser rapidement et donc de compléter un cycle cellulaire en un temps inférieur à 60 minutes, la vitesse de réplication de l’ADN augmente grâce à la présence de plusieurs fourches de réplication qui engendrent la superposition de plusieurs cycles de réplication de l’ADN. Ce processus requiert la synchronisation du moment de l'initiation de la réplication aux différentes origines au fur et à mesure que le nombre d’origines augmente, et ce afin de maintenir la stabilité génomique. La protéine DnaA joue un rôle fondamental dans la régulation de ces paramètres en fonction des changements de l’environnement. L’expression du gène DnaA est connue pour être dépendante de la vitesse de croissance. Elle est également soumise à une autorégulation négative. Cependant, le rôle précis de cette régulation sous des conditions normales de croissance n’est pas encore complètement clarifié. Dans ce travail, j’ai caractérisé de façon quantitative la régulation de la transcription de dnaA en fonction de la phase, de la vitesse, et de la température de croissance des bactéries, afin d’obtenir une description précise d’un des principaux réseaux régulateurs importants pour maintenir l’intégrité du génome des bactéries. La mesure in vitro des constantes d’affinités de la protéine DnaA pour ses sites de fixation sur son propre promoteur grâce à la technique des empreintes à la DNase I a permis la caractérisation de mutations spécifiques de ces sites. Ces mutants ont ensuite été utilisés pour mesurer in vivo les changements d’activité du promoteur grâce au suivi en temps réel de l’expression du gène rapporteur gfp en fonction de différents paramètres de croissance. Les résultats montrent que l’expression de dnaA est régulée non seulement négativement mais également positivement, et que l’autorégulation est indépendante de la vitesse et de la température de croissance des bactéries. Par contre, la fixation de la protéine DnaA sur l'ADN est dépendante de la température de façon non-linéaire. Des changements conformationnels de la protéine sont donc probablement nécessaires pour la reconnaissance de ses sites de fixation. Cependant, la dépendance à la température de l'activité de DnaA-ATP suggère que l’augmentation de titration de la protéine aux différents sites dispersés sur le génome peut contrebalancer l’induction de son expression à basse température nécessaire pour activer l'origine de réplication. Dans ce travail je montre également que bien que des similarités existent entre la région régulatrice de dnaA et les promoteurs ribosomaux, l’expression de dnaA est assez différente de celle du promoteur ribosomal rpmH qui se trouve en position divergente sur la même région du chromosome. A des vitesses de croissance qui permettent de compléter un cycle cellulaire en un temps inférieur à 60 minutes, c'est à dire lorsque plusieurs cycles de réplication se chevauchent, l’expression de dnaA augment en fonction de la vitesse de croissance de manière proportionnelle à la vitesse de réplication de l’ADN et indépendante de sa propre autorégulation. Enfin, je me suis intéressée à la régulation de l’initiation de la réplication de l’ADN, au rôle de DnaA, et à son mécanisme de régulation transcriptionnelle chez d’autres espèces bactériennes. La diversité de ces mécanismes reflète les différentes conditions de vie et comportements des microorganismes. L’élément commun est la protéine DnaA, dont l’organisation du gène et les fonctions ont été bien conservées au cours de l’évolution. La fixation de l’ATP à DnaA et son hydrolyse représentent clairement un facteur clé universel qui régule l’initiation de la réplication de l'ADN, alors que les protéines accessoires impliquées dans ce processus varient d'un organisme à l'autre. Cependant, et de manière générale, les bactéries qui appartiennent au même phylum possèdent le même groupe de protéines régulatrices


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  • Détails : 1 vol. (183 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-183. 300 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2011 578
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