Characterisation of the radiorestistance in the archaeon Thermococcus gammatolerans

Etude de la radiorésistance de l'archaeon Thermococcus gammatolerans

• Auteur / Autrice : Christophe Leplat
• Direction : Fabrice Confalonieri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Génomique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physiologie

Protéomique

Génomique

ADN -- Réparation

Bactéries -- Métabolisme

Archéobactéries

Mots clés libres

Transcriptomique

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.