Étude du mécanisme de résolution des dimères de chromosomes chez les streptocoques

par Sophie Nolivos

Thèse de doctorat en Microbiologie et génétique moléculaires

Sous la direction de François Cornet et de Philippe Le Bourgeois.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

mots clés

• Recombinaison spécifique de site
• Recombinase à tyrosine
• Streptocoques
• Dimères de chromosome
• Translocation de l'ADN
• Recombinaison Xer
• Streptocoques
• Dimères
• Chromosome bactérien

Résumé

La majorité des bactéries connues possèdent un unique chromosome circulaire. Lors de la réplication du chromosome, des évènements de recombinaison homologue peuvent lier les deux chromosomes frères en une molécule unique, appelée dimère de chromosome. Le système de recombinaison spécifique de site dédié à résoudre les formes dimériques en monomères est le système Xer. Il est composé chez la bactérie modèle Escherichia coli de deux recombinases à tyrosine, XerC et XerD, qui agissent sur un site chromosomique unique, dif, localisé dans la région du terminus de réplication. Le système de recombinaison Xer est sous le contrôle de la protéine septale FtsK. FtsK est une translocase à ADN qui est dirigée sur le chromosome par des motifs, les KOPS, dont l'orientation s'inverse à dif. De ce fait, elle est toujours dirigée vers le site de recombinaison où elle active la machinerie permettant la résolution des dimères de chromosomes. Des homologues des protéines XerC, XerD et FtsK, ainsi qu'un site dif, sont retrouvés chez un grand nombre de bactéries, suggérant que la machinerie ainsi que le contrôle de la recombinaison sont conservés. Cependant, chez les Streptocoques, la machinerie de recombinaison implique une seule recombinase, XerS, qui agit sur un site atypique, difSL. Ce manuscrit concerne l'étude du mécanisme et du contrôle de la recombinaison Xer chez la bactérie Lactococcus lactis appartenant à la famille des Streptocoques. Dans une première partie, nous mettons en évidence in vitro que l'implication d'une seule recombinase ne modifie pas le mode de fixation et de recombinaison au site, en comparaison au système Xer " classique " d'E. Coli. D'autre part, nous montrons in vivo que le système est contrôlé par la protéine FtsK mais que le mode d'activation de la recombinaison est différent de celui décrit chez E. Coli. Dans une deuxième partie nous nous intéressons au mode d'orientation de la protéine FtsK de L. Lactis. Nous mettons en évidence par une combinaison d'approches in vivo, in vitro et in silico, que la reconnaissance de motifs biaisés sur le chromosome est conservée mais que la taille et la séquence du motif reconnu diffère des systèmes déjà décrits.

Titre traduit

Chromosome dimer resolution in streptococci

Résumé

Most known bacteria harbour a unique circular chromosome. Recombination between sister chromosome during replication may fuse them into a single DNA molecule called a chromosome dimer. Dimers are resolved to monomers by Xer site-specific recombination. In Escherichia coli it consists of two recombinases, XerC and XerD acting at a specific dif site located in the replication terminus. The Xer recombination system is controlled by the septum associated protein, FtsK. FtsK is a DNA translocase oriented by specific motif of the chromosome, named KOPS. The polarity of the KOPS is skewed and revers at dif site, hence FtsK is always directed toward the recombination site. Homolog of XerC, XerD an FtsK proteins, as well as a dif site, are find in most bacteria suggesting that the machinery of recombination and its control are well conserved. However, in the Streptococci family of bacteria, dimer resolution uses a single recombinase, XerS, which acts at an atypical dif site, difSL. This manuscript concerns the study of the mechanism and control of Xer recombination in Lactoccocus lactis, a member of the Streptococci family. In a first part we demonstrate, in vitro, that using a single recombinase does not change the mode of binding and recombination at the specific site, by comparison with the "classical" E. Coli Xer recombination system. Furthermore, we show in vivo that the L. Lactis Xer system is controlled by FtsK but that activation of recombination is achieved by a different mechanism. In a second part, we investigate the orientation of FtsK translocation. We demonstrate, by combining in silico, in vitro and in vivo approaches, that orientation by skew motifs is conserved in L. Lactis but that the sequence and length of the motif used is different from known systems.