Contrôle de la croissance et régulation génique chez Escherichia coli

Growth control and gene regulation in Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Jerome Izard
• Direction : Johannes Geiselmann, Stephan Lacour, Delphine Ropers
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine
• Date : Soutenance le 06/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Adaptation et Pathogénie des Microorganismes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IBIS
• Jury : Président / Présidente : Ariel Lindler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johannes Geiselmann, Stephan Lacour, Delphine Ropers, Steve Busby, Muriel Cocaign-Bousquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Steve Busby, Muriel Cocaign-Bousquet

Mots clés

Mots clés libres

Croissance

Régulation

Expression génique

ARN polymerase

Crl

Biologie synthétique

Growth

Regulation

Gene expression

RNA polymerase

Crl

Synthetic biology

Résumé

La faculté d’adaptation aux conditions environnementales des bactéries provient de lacomplexité de leur réseau de régulation génique, impliquant de nombreux régulateursspécifiques et la machinerie d’expression génique. Nous avons montré que le gène crl, codantun régulateur global d’Escherichia coli, est exprimé de façon transitoire lors de laphase exponentielle. Notre étude a permis d’identifier deux régulateurs responsables dece profil parmi une centaine testés. Ainsi, le complexe CRP-AMPc, réprime de façon indirectel’expression de crl, tandis que la nucléoprotéine Fis se fixe sur le promoteur de crlet active sa transcription directement. Le profil d’expression de crl étant similaire à celuide nombreux régulateurs globaux, nous nous sommes intéressés au rôle de la machinerieglobale d’expression des gènes et à son impact sur la croissance. Dans ce but, nous avonsconstruit un système nous permettant de contrôler la croissance d’E. coli en modulantl’expression des sous-unités _ et _’ de l’ARN polymérase et donc le niveau de transcriptiondans la cellule. Lorsque l’ARN polymérase est en faible concentration, le taux decroissance devient quasiment nul et les cellules filamentent. Ce contrôle de la croissanceest dose dépendant et a été mis en évidence autant à l’échelle de la population qu’à cellede la cellule unique. Nous avons enfin étudié par RNA-seq l’impact du niveau d’ARNpolymérase sur la transcription de l’ensemble du génome de cette souche. Cette étudemontre que toutes les classes fonctionnelles de gènes sont affectées par notre système, àl’exception des gènes qui codent les protéines ribosomales.

Bacteria can adapt to many different environmental conditions. This capacity of adaptationis conferred to the organism by a complex regulatory network, composed of specificregulators and the global gene expression machinery. We have studied the expression dynamicsof Crl, a global regulator of Escherichia coli, and observed a peak of transcriptionduring the exponential phase of growth. In order to identify potential regulators of crlexpression, we have measured the expression profile of crl in about one hundred differentmutant strains. This screen has revealed that CRP-cAMP represses indirectly the transcriptionof crl and the nucleoprotein Fis activates transcription of the crl promoter bybinding to the crl promoter region. We noted that the expression of most global regulatorsof E. coli have an expression profile similar to the one of Crl. We have thereforestudied the relationship between global gene expression machinery and cellular growth.We constructed a bacterium where the transcription of the two large subunits of RNApolymerase, _ et _’, is under external control. A small concentration of RNA polymeraseleads to a small growth rate of this engineered bacterium and the cells start to filament,whereas a high concentration of RNA polymerase produces phenotypically wild-type cells.We have characterized the control of growth rate by our system at the population level andin single cells. An analysis of the global transcription pattern of this strain by RNA-seqshows that the transcription of genes in all functional classes, with the possible exceptionof genes coding for ribosomal proteins, are almost equally affected by the modificationsof the intracellular concentration of RNA polymerase.