Conséquences à l'échelle génomique de l'expression de la protéine Ndd du phage T4 sur le nucléoide d'Escherichia coli

Genome-wide effects of T4 phage Ndd protein expression on the Escherichia coli nucleoid

• Auteur / Autrice : Théo Foutel--Rodier
• Direction : Romain Koszul, Martial Marbouty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique
• Date : Soutenance le 10/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Régulation spatiale des génomes
• Jury : Président / Présidente : Bianca Sclavi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marianne De Paepe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mireille Ansaldi, Jean-Yves Bouet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions ADN-protéine

Bactériophage T4

Génomique

Escherichia coli

Mots clés libres

Désorganisation du nucléoïde

Hi-C

MetaTOR

Intéraction phage-hôte

Nuclear disruption

HiC

MetaTOR

Meta3C

Résumé

La principale partie de ma thèse s’intéresse aux principes d'organisation du génome de la bactérie Escherichia coli. Le génome des bactéries est contenu dans le nucléoïde, un espace fortement organisé par de nombreux facteurs tels que la transcription, le sur-enroulement de l'ADN ou la présence de protéines spécifiques. Toutefois, les mécanismes précis qui régissent l'organisation du nucléoïde restent vaguent. La protéine Ndd du phage T4 provoque une désorganisation radicale du nucléoïde quand elle est exprimée chez E. coli. J'ai utilisé cette protéine Ndd pour tenter de révéler des structures encore inconnues liées à l'organisation du nucléoïde. En utilisant un nouveau système d'expression de Ndd chez E. coli il a été possible de montrer que cette protéine impacte l'ensemble du génome d'E. coli, aussi bien structurellement que transcriptionnellement. Des études en Hi-C ont permis de révéler que la structuration locale du nucléoïde n'est pas affectée par la présence de Ndd. Toutefois, l'expression de Ndd provoque une altération du profil de réplication d'E. coli avec une possible surreplication de la région proximale de l'origine de réplication. Nous avons aussi observé que l'expression de Ndd depuis le chromosome menait à des conséquences très différentes de son expression depuis un plasmide. La recherche de partenaires de Ndd qui pourraient expliquer ces effets par un screen dCas9 n'a donné que peu de candidats qui sont en cours de validation. Nous montrons ici que Ndd semble agir sur un ou des aspects précis mais encore indéterminés de l'organisation du nucléoïde et potentiellement indépendamment de la participation de gènes d'E. coli.

The main project of my PhD concerned the principles of organization of the genome of the bacterium Escherichia coli. Bacterial genomes are held in the nucleoid, a space highly organized by many factors such as transcription, DNA supercoiling or the presence of specific proteins. However, some of the precise mechanisms that govern its organization remain unclear. The Ndd protein from phage T4 causes a radical disorganization of the nucleoid when expressed in E. coli. I used this Ndd protein to try to reveal previously unknown structures related to nucleoid organization. Using a novel expression system for Ndd in E. coli, it was possible to show that this protein impacts the entire genome of E. coli, both structurally and transcriptionally. Hi-C studies revealed that the Ndd-disrupted nucleoid remains locally structured in a manner similar to a normal nucleoid. However, Ndd expression causes an alteration in the replication profile of E. coli with possible over-replication at the origin of replication. We also observed that expression of Ndd from the chromosome leads to very different consequences than its expression from a plasmid. The search for a partner of Ndd that could explain these effects by a dCas9 screen yielded few candidates that are currently undergoing validation. Here we show that Ndd appears to act on one or more specific aspects of nucleoid organization and potentially independently of the involvement of genes from E. coli.