Etude du surenroulement diffusible de l'ADN chromosomique chez la bactérie Escherichia Coli

Study of the free supercoiling of chromosomal DNA of the bacteria Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Camille Cibot
• Direction : Frédéric Boccard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/12/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Confalonieri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Boccard, Fabrice Confalonieri, Sylvie Rimsky, Jean-Yves Bouet, Ivan Junier, Frédéric Devaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Rimsky, Jean-Yves Bouet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Chromosome bactérien

Topologie

Mots clés libres

Topologie

Chromosome

Escherichia coli

MatP

Resolvase

Topology

Chromosome

Escherichia coli

MatP

Resolvase

Résumé

La molécule d’ADN d’un chromosome décondensé a toujours une taille supérieure au volume de la cellule. Elle doit donc être compactée tout en restant fonctionnelle pour les grandes fonctions cellulaires telles que l’expression des gènes, la réplication et la ségrégation fidèle des chromosomes. Cette compaction fait appel à une structuration finement régulée à différentes échelles chez la bactérie Escherichia coli. A l’échelle moléculaire, le chromosome est maintenu sous une forme surenroulée négative par deux types de surenroulement, l’un « contraint » par la fixation de protéines à l’ADN formant le nucléoïde, et l’autre « libre », diffusible le long du chromosome. A l’échelle sub-cellulaire, le chromosome d'E. coli est composé de quatre régions chromosomiques appelées Macro-Domaines (MD) (Ori, Right, Left, Ter), isolées spatialement et génétiquement, ainsi que de deux régions non structurées (NSR, NSL). La structuration du MD Ter résulte de la liaison de dimères de la protéine MatP sur 22 séquences palindromiques matS de 13 pb. L’absence de MatP entraînant une décondensation relative de l’ADN dans cette région, il est supposé qu’un tétramère de MatP ponte deux sites matS. Mon projet de thèse a consisté à étudier le contrôle de la topologie de l’ADN chromosomique chez la bactérie E. coli et à montrer sa relation avec l’organisation en MD et la formation de la chromatine. J’ai adapté un système rapporteur basé sur la réaction de résolution du transposon gamma delta (Tn1000) qui implique la formation d’une structure d’ADN surenroulée. Ce test a permis de mesurer à la fois le niveau de surenroulement de la molécule d’ADN mais également sa capacité à coulisser, révélant la présence de barrières topologiques. Ces travaux montrent que le niveau de surenroulement diffusible varie localement et suivant les conditions de croissance, impliquant un rôle prépondérant de la réplication, de la transcription et des protéines de fixation à l’ADN. Cependant, le système Res ne suffit pas à déterminer le mécanisme précis par lequel l’ADN est contraint par un déterminant comme MatP ; un système optimal devra combiner les résultats de capture de conformation de chromosome, de Microscopie à Super Resolution et de mesure du surenroulement.

Decondensed DNA molecule of a chromosome is always larger than the volume of the cell. It must therefore be compacted while remaining functional for the major cellular functions such as gene expression, replication and faithful segregation of chromosomes. This compaction uses a tightly regulated structure at different scales in the bacterium Escherichia coli. At the molecular level, the chromosome is maintained under a negative supercoiled form by two types of supercoiling, one "constrained" by the DNA binding protein forming the nucleoid and the other "free" and diffusible along the chromosome. At the subcellular level, the chromosome of E. coli is composed of four chromosomal regions called Macro-Areas (R) (Ori, Right, Left, Ter), spatially and genetically isolated, and two unstructured regions (NSR NSL) .The structure of the MD results from the Ter dimer protein binding of MatP palindromic sequences of 22 bp 13 masts. As the absence of MatP causes relative decondensation of DNA in this region, it is assumed that a tetramer of two MatP bounds two matS sites. My thesis project was to study the control of the chromosomal DNA topology in E. coli and to show its relationship with the organization in MD and chromatin. I’ve adapted a suitable reporter system based on the reaction of resolution of the gamma delta (Tn1000) transposon which involves the formation of a supercoiled DNA structure. This test was used to measure both the level of DNA supercoiling molecule but also its ability to slide, revealing the presence of topological barriers. This work shows that the level of free supercoiling varies locally according to the conditions of growth, implying a major role in the replication, transcription and protein binding to DNA. However, Res system is not sufficient to determine the precise mechanism by which DNA is constrained by a determinant as MatP; an optimal system will combine the results of capture of chromosome conformation of Microscopy Super Resolution and measurement of supercoiling.