La protéine DdrO, régulateur transcriptionnel majeur chez la bactérie radiorésistante Deinococcus radiodurans : régulation et mort cellulaire

The DdrO protein, major transcriptional regulator of the radioresistant bacterium Deinococcus radiodurans : regulation and cell death

• Auteur / Autrice : Nicolas Eugénie
• Direction : Fabrice Confalonieri, Pascale Servant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 08/06/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Bury-Moné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zeynep Baharoglu, Joanna Timmins, Ivan Matic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Zeynep Baharoglu, Joanna Timmins

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Transcription génétique

Régulation cellulaire

Bactéries

Radiorésistance

Mots clés libres

Radiorésistance

Deinococcus radiodurans

Régulateur transcriptionnel

RNA-Seq

ChIP-Seq

Apoptose bactérienne

Radioresistance

Deinococcus radiodurans

Transcriptional regulator

RNA-Seq

ChIP-Seq

Bacterial apoptic pathway

Résumé

La bactérie Deinococcus radiodurans est l’un des organismes les plus radiorésistants connus à ce jour. Cette tolérance aux conditions responsables de sévères dommages à l’ADN telles l’exposition à d’importantes doses de rayonnements γ, UV ou encore à une dessiccation prolongée est la résultante d’une synergie entre un ensemble de mécanismes finement régulés au sein des cellules.Le répresseur transcriptionnel DdrO (DNA damage response) et la métalloprotéase IrrE jouent un rôle clé dans la régulation de la réponse aux radiations et à la dessiccation. Lors de conditions engendrant des dommages à l’ADN, IrrE clive et inactive DdrO, abolissant son rôle de répresseur. Appartenant à famille de répresseur XRE, la structure de DdrO présente un domaine de fixation à l’ADN de type Hélice-Tour-Hélice et une région en C-terminale nécessaire à la capacité de DdrO à s’oligomériser afin de former un répresseur fonctionnel.L’ensemble des gènes dont l’expression est sous le contôle de DdrO appartiennent au régulon RDR (Radiation Desiccation Response). Par l’association d’approches génomiques, nous présentons la première cartographie in vivo des cibles de DdrO chez D. radiodurans. Cette nouvelle définition du régulon RDR comprend les nombreux gènes initialement mis en évidence comme étant impliqués dans les mécanismes de réparation des dommages à l’ADN ainsi que de nouvelles cibles associées au métabolisme de l’ADN ou de fonctions inconnues.Le répresseur DdrO est essentiel pour la viabilité cellulaire et sa déplétion prolongée entraine des modifications morphologiques des cellules évocatrices d'une réponse apoptotique bactérienne (formation de vésicules membranaires, nanotubes, défaut de division cellulaire, fragmentation de l'ADN, nanotubes). Les données transcriptomiques obtenues lors de ce phénomène mettent en évidence un phénomène complexe lié indirectement au régulon RDR. La forte répression d’une endopeptidase NlpC/P60 semble impliquée dans la mise en place des phénotypes de modification de la membrane.

Deinococcus radiodurans is one of the most resistant bacteria to genotoxic agents and to desiccation isolated so far. Many factors contribute to the radioresistance of D. radiodurans and the exceptional ability of this bacterium to overcome radiation resistance is described as a combination of active and passive mechanisms acting in synergy within the cell enabling survival from stresses.In Deinococcus, the main response pathway to genotoxic conditions is regulated by a constitutively expressed metalloprotease IrrE and a transcriptional repressor DdrO. Upon exposure to genotoxic stress conditions, IrrE is activated and cleaves DdrO, leading to expression of the repressed genes. DdrO protein is composed of two domains: a N-terminal helix-turn-helix XRE DNA-binding domain associated to a specific structural domain at the C-terminus found as far only in DdrO required for protein dimerization and for DNA binding.Genes under the control of DdrO are belonging to the RDR regulon (Radiation Desiccation Response). By using genome-scale approaches, we present here the first in vivo map of DdrO regulon in the D. radiodurans genome. The composition of the RDR regulon now includes previously described genes as involved in DNA repair but also new genes involved in DNA metabolism or encoding proteins of unknown function.The ddrO gene is essential for cell viability of D. radiodurans and its prolonged depletion by a conditional deletion system induced in D. radiodurans an apoptotic-like response (DNA degradation, defects in chromosome segregation, membrane blebbing, nanotubes). Our transcriptomic data highlighted a complex regulatory network underlying several cellular responses that are indirectly linked to the expression of RDR regulon. As an example, a strong repression of an NlpC / P60 endopeptidase was observed in transcriptomic data. This protein may be involved in the membrane blebbing phenotype but its expression is not directly under the control of DdrO.