Assemblage et régulation des condensats biomoléculaires : le cas du système ParABS

par Baptiste Guilhas

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Marcelo Nollmann-martinez et de Andrea Parmeggiani.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec CBS - Centre de Biochimie Structurale (laboratoire) .


  • Résumé

    Les cellules utilisent la séparation de phase liquide-liquide (LLPS) pour former des compartiments intracellulaires qui concentrent et séquestrent des biomolécules, mais servent aussi à organiser la chromatine. Bien que des modèles LLPS d'organisation de l'ADN aient été proposés, l'assemblage et la régulation de ces condensats biomoléculaires restent mal compris. J'aborde cette question ici en étudiant le système ParABS de ségrégation de l'ADN, qui consiste en une séquence centromérique (parS), une protéine de liaison à l'ADN (ParB) et une protéine ATPase (ParA). Dans la première partie de cette thèse, en combinant différentes techniques de microscopie de fluorescence et des simulations numériques, je montre que ParB et parS s'associent in vivo pour former des condensats liquides tandis que ParA empêche leur coalescence. Dans la deuxième partie de cette thèse, en utilisant des techniques de microscopie quantitative et de suivie en temps réel, je caractérise la régulation spatio-temporelle de ces condensats ParBS dans le cadre du partitionnement d'une molécule d'ADN porteuse du système ParABS (plasmide F). Je révèle une ségrégation en deux étapes du plasmide F : une séparation précoce réversible suivie d'une séparation irréversible. Il est particulièrement intéressant de souligner que cette deuxième étape est synchronisée avec la ségrégation du chromosome, ce qui suggère un mécanisme de régulation temporelle de la ségrégation du condensat ParBS. Dans l'ensemble, ces résultats appuient un nouveau mécanisme LLPS avec une séquence d'ADN (parS) comme facteur de nucléation, une protéine ATPase (ParA) qui empêche activement la fusion des condensats et une régulation temporelle de leur ségrégation.

  • Titre traduit

    Assembly and regulation of biomolecular condensates : the case of the ParABS system


  • Résumé

    Cells use liquid-liquid phase separation (LLPS) to form sub-cellular compartments that concentrate and sequester biomolecules, but also serve as DNA organizational hub. Although LLPS models of chromatin organization have been proposed, the assembly and regulation of these biomolecular condensates remains elusive. I address this question here by studying the ParABS DNA segregation system, which consists of a centromere sequence (parS), a DNA binding protein (ParB) and an ATPase protein (ParA). In the first part of this thesis, by combining different fluorescence microscopy techniques and numerical simulation, I show that ParB and parS associate in vivo to form liquid condensates while ParA prevents their coalescence. In the second part of this thesis, using quantitative and time-lapse microscopy techniques, I characterize the spatio-temporal regulation of these ParBS condensates as part of the partition of a ParABS-carrying DNA molecule (F-plasmid). I reveal a two-step segregation of F-plasmid : an early reversible separation followed by a latter irreversible separation. Importantly, this second step is synchronized with chromosomal segregation, which suggests a temporal regulation mechanism of ParBS condensate segregation. Overall, these results support a novel LLPS mechanism with a DNA sequence (parS) as a nucleation factor, an ATPase protein (ParA) that actively prevents condensate fusion and a cell-cycle regulation of condensate segregation.