Reprogrammation de la spécificité de recombinaison d'une intégrase phagique

Reprogramming the recombination site of a phage integrase

• Auteur / Autrice : Kevin Debatisse
• Direction : Pascal Le Bourgeois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénieries microbienne et enzymatique
• Date : Soutenance le 27/01/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering - Toulouse Biotechnology Institute / TBI
• Jury : Président / Présidente : François Cornet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Le Bourgeois, François-Xavier Barre, Céline Loot, Mireille Ansaldi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François-Xavier Barre, Céline Loot, Mireille Ansaldi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome

Mots clés libres

Recombinaison spécifique de site

Ingénierie des génomes

Intégrase

Genome engineering

Site-Specific recombination

Integrase

Résumé

Le bactériophage mv4 est un virus bactérien tempéré capable d’intégrer par recombinaison spécifique de site son génome dans l’extrémité 3’ d’un ARN de transfert (ARNtSER) du chromosome de Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus. Cette recombinaison est médiée par l’enzyme mv4Int, une protéine appartenant à la sous-famille des intégrases hétérobivalentes des recombinases à tyrosine. Différents travaux avaient montré que le système mv4Int/attP/attB présentait des particularités par rapport aux systèmes classiques, tel que celui du bactériophage lambda d’Escherichia coli : i) la réaction de recombinaison ne nécessitait pas de facteurs d’hôte, ii) les sites de recombinaison phagiques (attP) et bactériens (attB) possédaient une architecture atypique, avec des régions cœur dépourvues de site de fixation de mv4Int, une taille de la région d’échange des brins (région « overlap », O) ainsi qu’une organisation des sites bras inhabituelles, et iii) un site attB d’une taille de 16 pb, le plus petit site décrit dans la littérature. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser précisément les régions cœur atypiques des sites de recombinaison attB et attP. Une étude exhaustive de ces sites a été réalisée par différents tests in vitro et a permis de réinterpréter leurs caractéristiques. Nos résultats montrent i) que le site attB possède une taille de 21 pb, ii) que les régions cœurs ont en réalité une organisation similaire aux systèmes classiques, avec la présence de régions répétées inversées (B et B’ pour attB, C et C’ pour attP) servant de sites de fixation de mv4Int et entourant une région d’échange de brins (O) de 7 pb, et iii) que le nombre et la localisation des sites bras de fixation (sites P) de l’intégrase mv4Int correspond également aux systèmes classiques avec quatre sites, deux sur le bras gauche (P1, P2) et deux sur le bras droit (P’1, P’2). En revanche, mv4Int se distingue des intégrases hétérobivalentes classiques par une plus grande tolérance vis-à-vis de la nature des nucléotides constituants ces régions cœur de 21 pb, permettant de définir une séquence nucléotidique consensus de chaque région B, B’, C et C’, ainsi que l’absence de contrainte dans la région d’échange de brins.

The phage mv4 is a temperate bacterial virus able to integrate by site-specific recombination its genome into the 3’ end of a transfer RNA (SERtRNA) of the Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus chromosome. This recombination is mediated by mv4Int, a protein belonging to the heterobivalent integrase subfamily of tyrosine recombinases. Several studies had shown that the mv4Int/attP/attB system presented particularities compared to conventional systems such as the Escherichia coli lambda phage : i) the recombination reaction did not require host factors, ii) the phage (attP) and bacterial (attB) recombination sites had atypical architectures, with core regions lacking mv4Int binding sites, with a size of the strand exchange region (“overlap” region, O) and organization of arm-type sites unusual, and iii) an attB site with a size of 16 bp, the smallest site described in the literature. The purpose of this thesis was to precisely characterize the atypical core regions of the attB and attP recombination sites. An exhaustive study of these sites was carried out by different in vitro experiments and made it possible to reinterpret their characteristics. Our results show i) that the attB has a size of 21 bp, ii) that the core regions have an organization similar to the classical heterobivalent Tyr-recombinase systems, with the presence of inverted repeat regions (B and B’ for attB, C and C’ for attP) used as mv4Int core-binding sites and surrounding a 7-bp strand-exchange region (O), and iii) the number and location of mv4Int arm-type binding sites (P sites) also correspond to classical systems with four sites, two on the left arm (P1, P2) and two on the right arm (P’1, P’2). In contrast, mv4Int differs from classical heterobivalent integrases by a greater tolerance regarding the nature of the nucleotides corresponding to the 21-bp attP and attB core regions, making it possible to define a consensus nucleotidic sequences for each B, B’, C and C’ region, as well as lack of constraint into the overlap region.