Epigenetic mechanisms and post-translational modifications play a key role in the cell cycle regulation of Alphaproteobacteria

par Antonella Fioravanti

Thèse de doctorat en Biochimie et Biologie Moléculaire

Sous la direction de Emanuele Biondi.

Soutenue le 02-10-2014

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Institut de recherche interdisciplinaire de Lille (laboratoire) .

  • Titre traduit

    L'épigénétique et les modifications post-traductionnelles jouent un rôle essentiel dans la régulation du cycle cellulaire chez les Alphaproteobacteria


  • Résumé

    Chez l’organisme modèle Caulobacter crescentus, de nombreux régulateurs sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire. Dans ce travail, nous présentons la découverte de l’interaction fonctionnelle entre GcrA et la N6-adenosine méthyltransférase CcrM. La combinaison d’expériences de biochimie, de biophysique, d’immuno-précipitation de la chromatine et de génétique nous a permis de révéler que GcrA est une protéine dimérique qui se fixe à l’ADN, et qui montre une affinité préférentielle, à la fois in vitro et in vivo, pour les promoteurs qui ont été méthylés. Nous avons montré que le complexe GcrA/promoteur recrute l’ARN polymérase. Comme ce processus est également observée avec les orthologues de GcrA présents chez d’autres Alphaproteobacteria, nous avons conclu que GcrA est le membre d’une nouvelle classe de régulateurs transcriptionnels. Enfin, nous avons découvert que GcrA interagit également avec une protéine récemment caractérisée et appelée GipX. Une protéine essentielle, qui pourrait jouer un rôle dans la régulation de l’activité de GcrA et dans la biosynthèse de la paroi bactérienne. Enfin, concernant l’étude du phospho-relai responsable de l’activation du principal régulateur CtrA, nous décrivons également la structure protéique de ChpT ainsi que le développement d’un biosenseur capable de détecter les niveaux de phosphorylation in vivo. Ce biosenseur utilise le FRET et est basé sur la capacité des régulateurs de réponses à se dimériser lorsqu’ils sont phosphorylés. Ces résultats ouvrent la possibilité d’utiliser cette méthode pour l’étude de la phosphorylation des régulateurs de réponse dans d’autres modèles bactériens.


  • Résumé

    In model organism Caulobacter crescentus many regulators are involved in the control of cell cycle progression. In this thesis we present the discovery of the interaction between the cell cycle regulator GcrA and the N6-adenosine methyltransferase. Using a combination of ChIP-Seq biochemical and biophysical experimentation and genetics we showed that GcrA is a dimeric DNA-binding protein that targets promoters with CcrM methylation sites. We showed that the complex GcrA/promoter recruits the RNA polymerase. Since methylation-dependent DNA-binding is also observed with GcrA orthologs from other Alphaproteobacteria, we conclude that GcrA is a member of a new class of transcriptional regulators that function as molecular effectors of a methylation-dependent epigenetic switch that regulates gene expression. We discovered that GcrA is also able to interact with a newly characterized protein, named GcrA Interacting Protein X (GipX), that has an essential role in Caulobacter and that may play a role in the regulation of GcrA activity and cell wall metabolism. Regarding the phosphorelay that drives to the activation of the master regulator CtrA, the structure of ChpT, the factor together with CckA responsible for CtrA phosphorylation, was solved. A biosensor able to detect the phosphorylation level of CtrA in vivo is also described in this thesis. This sensor based on FRET exploits the ability of response regulators to dimerize upon phosphorylation. These results open the possibility to use this method to study the phosphorylation of response regulators in other bacterial systems.



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