Une approche à grande échelle pour la détection et l’analyse des atténuateurs de transcription bactériens

A large-scale approach for the detection and analysis of bacterial transcription attenuators

• Auteur / Autrice : Magali Naville
• Direction : Daniel Gautheret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Séquence, structure et fonction des ARN
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN

Régulation génétique

Transcription génétique

Résumé

Les bactéries utilisent de nombreuses stratégies pour réguler l'expression de leurs gènes. Si toutes les étapes de cette expression peuvent être contrôlées, l'initiation de la transcription et son arrêt prématuré sont au centre des régulations. L’atténuation transcriptionnelle repose sur le repliement alternatif de l'extrémité 5' non-traduite de l'ARN messager en deux structures distinctes, l'une d'elles formant un terminateur Rho-indépendant. Le repliement adopté est conditionné par un signal cellulaire spécifique, et permet ou non la transcription des gènes situés en aval. Les procaryotes ont développé une variété d'atténuateurs différents : thermosenseurs (sensibles à la température), riboswitches (sensibles à divers petits métabolites), T-boxes (sensibles aux ARNt non chargés) ou peptides leaders par exemple. Afin d'appréhender de manière la plus large possible la diversité des atténuateurs, nous proposons ici un protocole de détection systématique des terminateurs Rho-indépendants situés en amont des gènes. Appliqué à plus de 300 génomes bactériens, ce protocole nous a permis de mettre en évidence la distribution très large des atténuateurs et leur origine ancienne, accompagnée d'une certaine mobilité. Un regroupement des candidats sur des critères de synténie nous a également permis de proposer de nouvelles familles d'atténuateurs, représentées dans de nombreuses espèces mais sous des formes variables, et qui n'ont de ce fait pas pu être détectées par des algorithmes de recherche de motifs conservés. Nous proposons enfin plusieurs modèles d'évolution entre ces systèmes atténuateurs, et soulevons la question de leur utilisation par les Archées et les phages.

Bacterial species use numerous strategies to regulate gene expression, which possibly control every step of it. Initiation and premature termination of transcription however occupy a central and major role in terms of regulation. The basic principle of transcription attenuation lies on the alternative folding of the 5' untranslated region of the RNA transcript into one of two mutually exclusive structures, one of them consisting in a Rho-independent terminator. The adopted structure depends on a particular cellular signal, and may consequently lead to the expression of the following genes or repress them. Building on this, Prokaryotes have evolved a variety of attenuators: thermosensors temperature-sensitive), riboswitches (sensing small metabolites), T-boxes (interacting with uncharged tRNAs), or leader peptides for instance. To get the broadest view of transcription attenuators diversity, we propose here a systematic détection protocole of every Rho-independent terminators located upstream of genes, without any consideration of elements categories. Applied to more than 300 bacterial genomes, this approach highlights the wide distribution of attenuators along with their probable early emergence and their relative lability and mobility between species. A further analysis using synteny criteria also led us to propose new attenuators families, widely distributed among species but in a variety of forms. Such variability explains why they escaped previous searches of conserved patterns. We finally propose several evolutionary models of transitions from one attenuator element to another, and raise the question of their utilization in bacteriophages and Archaea.