La Ségrégation du plasmide F d'Escherichia coli : régulation de l'activité ATPase de la protéine moteur de partition SopA

Escherichia coli plasmid F segregation : regulation of the ATPase activity of the partition protein sopa

• Auteur / Autrice : Yoan Ah-Seng
• Direction : David Lane, Jean-Yves Bouet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Division cellulaire

ATPases

Plasmides

Escherichia coli

Mots clés libres

Partition

Ségrégation

Plasmide

Bactérie

ATPase

Résumé

La ségrégation, ou partition, des chromosomes et des plasmides bactériens est l'étape fondamentale du cycle cellulaire qui assure la transmission de l'ensemble du génome aux cellules filles. C'est l'équivalent procaryote de la mitose. Des systèmes de ségrégation, appelés les loci par, ont été identifiés sur les plasmides à bas nombre de copies, et des homologues de ces systèmes de partition sont présents sur la majorité des chromosomes bactériens. Le système code deux protéines, une ATPase et une protéine qui se fixe spécifiquement sur une région centromérique. Ces deux protéines interagissent entre elles, permettent la localisation subcellulaire des réplicons et assurent ainsi leur maintien dans les générations futures. Au laboratoire, nous étudions l'un des systèmes modèles majeurs, le système de partition du plasmide F d'Escherichia coli, afin de déterminer le mécanisme moléculaire assurant le processus de ségrégation et son contrôle pendant le cycle cellulaire. La stabilité du plasmide F est assurée par le système de partition sopABC. Après la réplication du plasmide, la protéine SopB s'assemble sur le centromère sopC pour former un complexe de partition qui permet aux copies du plasmide d'être positionnés au centre de la cellule. Avant la division cellulaire les plasmides migrent aux positions 1/4 et 3/4 de la cellule et assurent ainsi l'héritage des réplicons dans les futures cellules filles. L'ATPase SopA est essentielle dans le processus de partition, mais son rôle n'est pas bien défini. SopA pourrait être impliquée dans les étapes de positionnement et/ou de déplacement des plasmides de part et d'autre de la cellule. SopA possède plusieurs activités. In vivo, SopA agit comme autorépresseur de l'opéron sopAB en se fixant sur la région promotrice. De plus elle interagit avec le complexe de partition et forme des polymères en présence d'ATP. Nous avons montré que cette activité est régulée par SopB et par l'ADN. L'activité ATPase de SopA est essentielle pour la partition. Elle est légèrement stimulée par SopB et par l'ADN, mais lorsque ces deux facteurs sont présents, elle est fortement stimulée. Nous avons entrepris de caractériser les interactions existantes entre ces trois protagonistes. Ainsi, nous avons démontré que cette stimulation nécessite une interaction de SopA avec SopB d'une part et avec l'ADN d'autre part. Nous avons également montré que le site centromérique sopC potentialise la stimulation de l'activité ATPase par l'intermédiaire de SopB. Nous nous sommes intéressés ensuite à l'interaction SopA-SopB, et nous avons mis en évidence que SopB stimule l'activité ATPase de SopA via un motif arginine finger. Pour finir, nous avons montré que in vivo, la stimulation de l'activité ATPase de SopA joue un rôle dans la régulation de l'opéron sopAB mais aussi dans la partition du plasmide F.

Mitotic segregation of chromosomes and plasmids, termed partition in bacteria, is a fundamental step of the cell cycle that ensures the transmission of the whole genome to daughter cells. It is governed by specific genetic loci named par, first identified in low copy number plasmids and later found to be present as homologues in most bacterial chromosomes. Par loci encode two proteins, an ATPase and a DNA binding protein, and include a cis-acting centromeric site. These components interact with each other to direct the subcellular localization that ensures stability of their replicons. To determine the molecular mechanisms of the partition process and its control during the cell cycle, we study the Sop partition system of the Escherichia coli plasmid, F. Sop is one of the best-known partition systems. After F plasmid replication, SopB protein binds to the sopC centromeric site to form a partition complex. The complex on each plasmid copy interacts with SopA, an ATPase, and activates it to move the plasmid molecules towards the two cell poles. SopA ATPase is essential to the segregation process but its role is not defined. SopA has many activities. In vivo it represses its own operon by binding to the sopAB promoter. Moreover, in addition to its interaction with the partition complex it polymerizes in the presence of ATP. We have shown that SopB and DNA regulate this activity. Although the ATP-binding site on SopA is essential for partition, ATP hydrolysis by SopA is very weak. It is stimulated modestly by DNA and by SopB and strongly in the presence of both. We have characterized the interactions necessary for stimulation of ATP hydrolysis. First we found that the SopB-sopC partition complex is required for maximal stimulation. Then we showed that SopB and DNA contact SopA by two distinct interactions to fully activate ATPase activity. We also found that SopB activates SopA ATPase through an arginine finger motif. Finally, we have shown that in vivo, stimulation of the ATPase activity is necessary for both regulation of the sopAB operon and partition of plasmid F to be efficient.