La division bactérienne sur un rythme de RocS !
Publié par Adrien le 14/06/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
Comment les bactéries se multiplient-elles tout en assurant leur protection ? Les chercheurs ont découvert la protéine RocS qui agit comme un véritable métronome du cycle cellulaire de la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae. Ils ont démontré que cette protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle...) assure la répartition du matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en contrôlant la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque de la fonction...) cellulaire et la formation de l'enveloppe protectrice indispensable à l'infection de l'hôte à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) des cellules filles. Cette étude est publiée dans la revue Nature Microbiology.

Au cours de leur division cellulaire, les bactéries doivent dupliquer et distribuer fidèlement leur patrimoine génétique à leur descendance. De nombreuses études réalisées chez différentes bactéries modèles ont permis d'élucider une partie des mécanismes mis en jeu. Cependant, chez de nombreuses autres espèces bactériennes pour lesquelles les connaissances sont très limitées, ces mécanismes ne sont pas conservés. De plus, l'énigme reste entière en ce qui concerne les mécanismes de coordination avec les autres processus cellulaires indispensables au développement de chaque espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont il existe une...) bactérienne.


Figure: La bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire...) pathogène (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια ! « naissance de la douleur ») signifie : qui entraîne une maladie. Les germes pathogènes ou les bactéries pathogènes sont...) Streptococcus pneumoniae forme des chaines de cellule ovoïde. Observé par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à l'œil nu, soit par leur...) à contraste de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) et épifluorescence, on distingue non seulement la forme cellulaire (cellule ovoïde noir), la localisation et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du chromosome (Le chromosome (du grec khroma, couleur et soma, corps, élément) est l'élément porteur de l'information génétique. Les chromosomes contiennent les gènes et permettent...) (en bleu), de la machinerie de division cellulaire (en vert) mais également la présence de la capsule polysaccharidique enveloppant la cellule (en rose). L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) simultanée de ces caractéristiques a permis de démontrer que la protéine RocS est indispensable à la ségrégation du chromosome dans chaque cellule fille alors que la tyrosine-kinase CpsD est nécessaire à l'assemblage de la capsule polysaccharidique. Le dialogue (Le dialogue est une communication entre deux ou plusieurs personnes ou groupes de personnes. Il doit y avoir au minimum un émetteur et un récepteur. Une donnée émise, c'est le message. Un code, c'est la...) moléculaire entre ces deux protéines sert de point (Graphie) de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) pour permettre au pneumocoque de se diviser tout en assurant une répartition de son matériel génétique et une protection cellulaire par la capsule polysaccharidique qui est indispensable lors de l'infection et échapper au système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le « soi » du « non-soi ». Ce qui est...) de l'hôte.
© Chryslène Mercy.

Les chercheurs avaient déjà démontré que des enzymes spécifiques, appelées protéine-kinases jouent un rôle central dans la division cellulaire, la morphogénèse de la cellule et l'assemblage de la capsule polysaccharidique qui est le facteur de virulence (La virulence désigne le caractère pathogène, nocif et violent d'un micro-organisme (bactérie ou champignon). La virulence d'un pathogène létal est...) majeur du pneumocoque. C'est en étudiant le rôle de la protéine-kinase CpsD, qui est nécessaire à la biosynthèse, l'export et la polymérisation de la capsule polysaccharidique, qu'ils ont identifié et caractérisé la protéine RocS. Bien qu'initialement suspectée d'être un élément clé de l'assemblage de cette capsule, la protéine RocS s'est en fait avérée être indispensable à la répartition du matériel génétique dans chacune des deux cellules filles lors de la division cellulaire. C'est d'ailleurs pourquoi cette protéine a (la Protéine A est une protéine de surface de 40-60 KDa initialement trouvée dans les parois des bactéries Staphylococcus aureus. Elle est codée par le gène spa, et sa régulation...) été nommée RocS pour "Regulator of Chromosome Segregation". Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) était particulièrement importante car aucun facteur influençant significativement ce processus n'était connu chez le pneumocoque.

Les chercheurs se sont donc focalisés sur la caractérisation de la fonction de RocS et ils ont démontré que RocS interagit non seulement avec l'ADN de manière non spécifique mais également avec la membrane de la bactérie. Ces deux propriétés sont essentielles à la ségrégation du chromosome. De plus, RocS interagit avec la protéine ParB qui marque spécifiquement la zone où le chromosome commence à se dupliquer (l'origine de réplication). RocS conduit ainsi la ségrégation du chromosome en contrôlant directement la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) des deux origines de réplication des deux chromosome fils nouvellement formés.

Néanmoins, l'observation initiale ayant conduit à l'identification de RocS, c'est à dire l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec la tyrosine-kinase CpsD, restait énigmatique et semblait dissoner avec les observations réalisées. C'est en revisitant la fonction de RocS dans des souches affectées pour la production de la capsule polysaccharidique que les chercheurs ont réussi à démontrer que la protéine RocS possède une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde...) fonction permettant de protéger le chromosome lors de la division cellulaire. Ainsi, des mutations de CpsD entravant la production de capsule induisent également une altération de la division du pneumocoque qui est contrôlé par RocS. En absence de RocS, ce contrôle n'est plus effectif et les cellules se divisent sans être protégées par leur capsule et en ne possédant pas l'intégralité de leur chromosome ce qui compromet non seulement leur viabilité mais également leur capacité d'infection.

La protéine RocS est donc une pierre angulaire coordonnant deux processus essentiels de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles...) du pneumocoque lui permettant de se diviser uniquement lorsque la capsule est correctement produite et le chromosome parfaitement réparti. D'un point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) moins fondamental, ces découvertes ouvre également la voie à une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) plus appliquée pour concevoir de nouvelles molécules d'intérêt biomédical.

Pour en savoir plus
RocS drives chromosome segregation and nucleoid protection in Streptococcus pneumoniae.
Mercy C, Ducret A, Slager J, Lavergne JP, Freton C, Nagarajan SN, Garcia PS, Noirot-Gros MF, Dubarry N, Nourikyan J, Veening JW, Grangeasse C.
Nat Microbiol. 2019 Jun 10. doi: 10.1038/s41564-019-0472-z. [Epub ahead of print]
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