Caractérisation et élucidation de la fonction biologique de deux gènes sblA et ppk dont l'interruption a respectivement un effet sur la sporulation et la production d'antibiotiques chez Streptomyces lividans TK24

Characterization and elucidation of the physiological role of two genes sblA and ppk affecting respectively sporulation and antibiotic production in Streptomyces lividans TK24

• Auteur / Autrice : Hichem Chouayekh
• Direction : Marie-Joëlle Virolle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Régulation négative

Phosphoinsitides

Tige boucle

Résumé

Les Streptomyces sont des bactéries du sol à Gram+ caractérisées par une cycle de différenciation complexe commençant par la germination d'une spore qui donne naissance à un mycélium basal à partir duquel s'érigeront des hyphes aériens qui se différencieront en spores. Les phases tardives du développement du mycélium aérien s'accompagnent de la production de nombreux antibiotiques d'importance industrielle. Nous avons caractérisés deux nouveaux gènes ppk et sblA jouant respectivement un rôle dans la production d'antibiotiques et la sporulation. Une souche ppk est caractérisée par une production accrue des trois antibiotiques produits par S. Lividans (actinorhodine, undécylprodigiosine et antibiotique dépendant du calcium) qui est corrélée avec une forte augmentation de la transcription des activateurs spécifiques de ces voies de biosynthèse. Ppk code une polyphosphate kinase qui catalyse la polymérisation du phosphate de l'ATP en polymères de phosphate (polyP) ainsi que la régénération de l'ATP à partir d'ADP et de polyP. Ppk est transcrit de façon monocistronique à partir d'un promoteur unique et sa transcription est déclenchée par une carence en Pi. Une souche sblA ̄sporule beaucoup plus tôt qu'une souche sauvage. SblA code une protéine possédant une activité phosphoinositide hydrolase/phosphatase. L'expression de sblA est transitoire (durant 6 à 8 h), a lieu principalement durant le développement du mycélium basal et est régulée négativement par deux mécanismes différents. Le premier mécanisme implique une région opératrice, constituée de 9 répétitions directes de la séquence 5'C(C/G)GGAGG(C/T)3', localisée en amont de la région -35 du promoteur et constituant le site de fixation d'un répresseur. Le deuxième mécanisme implique une structure tige-boucle de 23 nt contenant une séquence 5' AGGAGG 3' de type RBS, localisée à 170 pb en deça du codon d'initiation de la traduction et sans doute impliquée dans la régulation de la dégradation spécifique du transcrit sblA.

Streptomyces are Gram+ soil bacteria characterized by a complex differentiation cycle beginning by the germination of a spore developing in a substrate mycelium growing within the nourishing medium and giving raise, after a short pause in the growth, to an aerial mycelium that will differentiate into spores. The late stages of this development are accompanied by the biosynthesis of many antibiotics of industrial importance. We have characterized two new genes ppk and sblA affecting respectively antibiotic production and sporulation in S. Lividans. An sblA ̄strain sporulates much earlier than the wild type strain. SblA encodes a protein possessing a specific phosphoinositide hydrolase/phosphatase activity. The expression of sblA is transitory (lasting 6 to 8 hours), taking place mainly during the development of the substrate mycelium and being negatively regulated by two different regulatory mechanisms. The first one involves an operator region, constituted by 9 direct repeats of the sequence 5'C(C/G)GGAGG(C/T)3', located upstream of the promoter region and likely to constitute a binding site for a transcriptional repressor. The other one involves a 23nt stem-loop structure containing a RBS-like sequence 5'AGGAGG 3', located 170 bp downstream of the GTG start codon and is thought to play a role in the regulation of the specific degradation of the sblA transcript. A ppk- strain is characterized by an enhanced production of the three antibiotics produced by S. Lividans (actinorhodin, undecylprodigiosin and calcium-dependent antibiotic) that correlates with an increased transcription of the specific transcriptional activators of the corresponding biosynthetic pathways. Ppk encodes a polyphosphate kinase catalysing the polymerisation of the γ phosphate of ATP into polymers of phosphate (polyP) as well as the regeneration of ATP from ADP and polyP. Ppk is transcribed as a monocistronic mRNA from a unique promoter sequence and its transcription is triggered by Pi starvation.