Organisation du chromosome bactérien d'Escherichia coli : analyse fonctionnelle de la condensine MukBEF

Bacterial chromosome organization by condensins : functional analysis of MukBEF in E.coli

• Auteur / Autrice : Mohammed Seba
• Direction : Frédéric Boccard, Stéphane Duigou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 26/04/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Olga Soutourina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Campo, François Cornet, Ivan Junier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Campo, François Cornet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Condensine

Chromosome bactérien

Mots clés libres

Bactéries

Conformation du chromosome

Capture de conformation chromosomique 3C-seq/HiC

Condensine

MukBEF

MatP/matS

Bacteria

Chromosome conformation

Chromosome conformation capture 3C-seq/HiC

Condensine

MukBEF

MatP/matS

Résumé

La condensation des chromosomes et leur ségrégation sont deux processus essentiels à la transmission du matériel génétique chez tous les êtres vivants. En effet, les chromosomes sont constitués d'une molécule d'ADN et de plusieurs familles de protéines qui assurent plusieurs fonctions liées à l'ADN. Les complexes SMC ubiquitaires dans le monde vivant font partie de ces protéines qui constituent le chromosome, et leur étude est d'une grande importance dans la compréhension des mécanismes de condensation, de ségrégation et des liens possibles entre eux.Le complexe SMC MukBEF est la condensine de la bactérie Escherichia coli. Bien que MukBEF soit essentiel dans des conditions de croissance rapide, sa délétion est tolérée en croissance lente, et se caractérise par la production de cellules anucléées reflétant un défaut de ségrégation des chromosomes. La technique de capture de conformation du chromosome (3C-seq/HiC) a révélé que MukBEF favorise des contacts de longue distance sur tout le chromosome, sauf dans le domaine Ter où elle est inhibée par le système Matp/matS.Durant ma thèse, je me suis intéressé à la caractérisation de l'activité de MukBEF sur le chromosome. J'ai pu mettre en évidence que le chargement de MukBEF, contrairement aux autres condensines bactériennes étudiées, se fait de manière non spécifique de site. De plus, j'ai identifié que ce chargement est plus efficace sur de l'ADN néo-répliqué. Je me suis également intéressé à la caractérisation du mécanisme d'inhibition de MukBEF par le système MatP/matS dans le domaine Ter. MatP est une protéine qui se fixe spécifiquement à 28 sites matS répartis dans le domaine Ter. Mes résultats permettent de proposer un mécanisme d'inhibition qui consiste en un déchargement de MukBEF du chromosome à proximité des bordures du Ter. J'ai également pu montrer que 3 sites matS suffisent pour inhiber MukBEF, mais que l'ajout de sites supplémentaires renforce l'efficacité de cette inhibition. De plus,l'analyse de la répartition des sites matS dans plusieurs bactéries suggère que l'augmentation du nombre de sites matS et de leur densité à proximité du site dif vise à empêcher le chargement de MukBEF à proximité du site dif.

Chromosome condensation and segregation are two essential processes for the transmission of genetic material in all living organisms. Indeed, chromosomes are composed of a DNA molecule and several families of proteins that perform various functions related to DNA. Ubiquitous SMC complexes in the living world are among these proteins that constitute the chromosome, and their study is of great importance in understanding the mechanisms of condensation, segregation, and their possible links.The MukBEF SMC complex is the condensin of the bacterium Escherichia coli. Although MukBEF is essential under fast growth conditions, its deletion is tolerated under slow growth, and is characterized by the production of anucleate cells reflecting a defect in chromosome segregation. The chromosome conformation capture technique (3C-seq/HiC) has revealed that MukBEF promotes long-distance contacts throughout the chromosome, except in the Ter domain where it is inhibited by the Matp/matS system.During my thesis, I focused on characterizing the activity of MukBEF on the chromosome. I was able to demonstrate that the loading of MukBEF, unlike other bacterial condensins that have been studied, occurs without site specificity.Additionally, I identified that this loading is more efficient on newly replicated DNA. I also investigated the characterization of the inhibition mechanism of MukBEF by the MatP/matS system in the Ter domain. MatP is a protein that specifically binds to 28 matS sites distributed in the Ter domain. My results suggest a mechanism of inhibition that involves unloading MukBEF from the chromosome near the borders of the Ter domain. Furthermore, I demonstrated that 3 matS sites are sufficient to inhibit MukBEF, but the addition of additional sites strengthens the effectiveness of this inhibition. Moreover, the analysis of the distribution of matS sites in several bacteria suggests that increasing the number of matS sites and their density near the dif site aims to prevent MukBEF loading near the dif site.