Compartimentation du cycle viral du bactériophage SPP1 dans le cytoplasme de la bactérie Gram-positive Bacillus subtilis.

par Audrey Labarde

Projet de thèse en Biochimie et biologie structurale

Sous la direction de Paulo Tavares.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué , en partenariat avec Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2014 .


  • Résumé

    Pendant la longue co-évolution des virus et des cellules, les virus ont toujours trouvé un moyen efficace de détourner la machinerie cellulaire à leur avantage pour leur multiplication et leur dissémination. Ainsi, le recrutement massif des ressources cellulaires de l'hôte est essentiel à la réplication de leur génome en de très nombreuses copies et à l'assemblage pour former de nouvelles particules virales aboutissant à la lyse cellulaire et à la libération de nombreux virions dans le milieu. Le modèle d'étude est le bactériophage SPP1, aujourd'hui bien caractérisé, capable d'infecter la bactérie Gram-positive, Bacillus subtilis. Les études de biologie cellulaire ont montré que SPP1 se liait préférentiellement aux pôles de la bactérie où le récepteur YueB est le plus abondamment présent (Jakutyté et al., 2011). L'entrée de l'ADN double brin du phage est immédiatement suivie par sa réplication dans un espace bien défini du cytoplasme bactérien. Les différents composants du replisome bactérien sont alors massivement mobilisés dans les foci de réplication. Ce recrutement est orchestré par l'hélicase de SPP1, gp40, connue pour se lier notamment à la primase dnaG de l'hôte. De plus, nos études sur la formation du virion ont montré, pour la première fois, une compartimentation claire et indépendante de la réplication du génome et de l'assemblage, plus tardive, de la particule virale. Cette structuration spatio-temporelle met en évidence un programme séquentiel des interactions moléculaires, confiné à des localisations précises dans le cytoplasme bactérien, menant ainsi à la formation de près de 200 particules virales par cycle d'infection. Le virus exploite donc de façon très efficace les machineries cellulaires et l'architecture de la bactérie pour une multiplication optimale.

  • Titre traduit

    Compartmentalization of the SPP1 viral cycle in Bacillus subtilis, a Gram-positive bacterium.


  • Résumé

    During the long co-evolution of viruses and cells, viruses exploited numerous ways to hijack cell machineries for their proficient multiplication and dissemination. The window of opportunity for bacterial viruses (bacteriophages) to infect their host bacterium often selects for a fast virus multiplication cycle. This requires massive recruitment of cellular resources to replicate, frequently, several hundred of genome copies and for assembly of the genome protective lattice leading to a high yield of infectious particles. SPP1 is a well-characterized model tailed bacteriophage that infects the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis. Cell biology studies showed that SPP1 binds preferentially to the poles of the rod-shaped cell where the host receptor YueB accumulates. Entry of SPP1 double-stranded DNA close to the cell pole is followed by assembly of well-defined DNA replication foci in the bacterial cytoplasm. Their formation leads to fast recruitment of the bacterial replisome to the foci of viral replication. Recruitment is orchestrated by the SPP1 helicase gp40 which binds to DnaG primase and possibly to other proteins. Essential factors for SPP1 DNA replication, as the host polymerases components and primase, are found in the viral replication foci within minutes after infection. This suggests that most of the host replication machinery is redirected to viral multiplication foci and reprogrammed for highly efficient replication of SPP1 dsDNA. Moreover, for the first time in prokaryotic cells, our studies on virion formation clearly present a specific and independent compartmentalization of genome replication and later, viral particle assembly. This spatio-temporal distribution in bacterial cytoplasm highlights a sequential program of molecular interactions at accurate loci, leading to the formation of about 200 viral particles per infection cycle. Structuration of viral factories appears as very efficient strategy for the virus to exploit the structured bacterial cytoplasm organization for optimal multiplication.