Caractérisation moléculaire d'un système bactérien de ségrégation active de l'ADN

Molecular characterization of a bacterial DNA segregation apparatus

• Auteur / Autrice : Roxanne Diaz
• Direction : Jean-Yves Bouet, Véronique Françoise Le Berre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 15/12/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de microbiologie et de génétique moléculaires (Toulouse ; 1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

ADN -- Altération

Mots clés libres

Ségrégation de l'ADN

Complexe de partition

ChIP-seq

ParABS

DNA segregation

Partition complex

ChIP-seq

ParABS

Résumé

La ségrégation active des molécules d'ADN chez les bactéries compte sur l'assemblage d'une structure nucléoprotéique nucléée sur des sites centromerique localisés près de l'origine de réplication. Pour les systèmes de partition de type I, les seuls présent sur les chromosomes et le plus fréquents sur les plasmides a bas nombre de copie, la protéine qui se lie au centromère, ParB, montre la capacité de propagation sur l'ADN à partir de la nucléation au niveau du site centromerique pars. Ainsi, le complèxe de partition contient plus que 90% des ParB présent dans la cellule et interagit avec ParA, une ATPase dont l'activité dépend de ParB et de l'ADN. Deux modèles concurrents qui sont actuellement proposés pour expliquer le mécanisme d'assemblage du complèxe de partition : les modèles de 'spreading and bridging' (Graham et al., 2014), et le 'nucleation and caging' (Sanchez et al., 2015) . Nous avons utilisé le système de partition du plasmide F et pour déterminer si la mode d'assemblage était aussi conservée sur les chromosomes, nous avons étudié le système natif de Vibrio cholerae du chromosome 1. D'abord, nous avons exploré les mécanismes d'incompatibilité basé sur les sites centromériques pour comprendre l'assemblage des complèxes de partition dans les conditions de titrage ParB par le site parS. Ensuite, nous avons décrit un protocole optimisé de ChIP-sequencing à haut-débit, de la paillasse jusqu'à l'analyse des données. Puis, en utilisant le ChIP-sequencing, la microscopie à épifluorescence et la modélisation physico-mathématique, nous avons révélé que l'assemblage du complèxe de partition est robuste et cohérent avec le modèle de 'nucleation and caging' à la fois sur les chromosomes et les systèmes plasmidiques.

The active partition of low copy number plasmids and most bacterial chromosomes relies on the assembly of a nucleoprotein superstructure nucleated at centromere-like sites near the origin of replication. In the case of type I partition systems, the most widespread on plasmids and the only ones present on chromosomes, centromere binding proteins, ParB, display the capability to propagate along DNA from their nucleation point at the centromere-like site, parS. This structure, termed the partition complex, contains over 90% of the available ParB in the cell and interacts with ParA, a ParB- and DNA-dependent ATPase, to segregate and position replicons within the cell. Two concurrent models exist to explain the assembly mechanism of the partition complex: the spreading and bridging (Graham et al., 2014), and the nucleation and caging (Sanchez et al., 2015) models. We used the partition system of the archetypal plasmid F and the naturally occurring partition system of Vibrio cholerae's chromosome 1. First, we explored the mechanisms of centromere-based incompatibilities to gain insight into partition complex assembly in low levels of ParB through parS titration of ParB. Next, we describe an optimized a high- resolution ChIP-sequencing protocol from the lab bench to data analysis. Then, through ChIP-sequencing, epifluorescence microscopy and physico-mathematical modeling, we revealed that the partition complex assembly mechanism is robust and consistent with the nucleation and caging model on both chromosomal and plasmid systems.