Projet ANR-11-BSV3-0009 – SIGMADAPT : Rôle de SigmaS dans la compétitivité et l’adaptation des bactéries à l’environnement
Programme : Blanc - SVSE 3 - Microbiologie, immunologie, infectiologie (Blanc SVSE 3)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Françoise NOREL (INSTITUT PASTEUR)
Partenaires : Institut Pasteur; Biologie Structurale des Processus Cellulaires et Maladies Infectieuses
Montant : 379964.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Résistance générale au stress et persistance de Salmonella dans l'environnementLa protéine SigmaS reprogramme l'expression du génome de bactéries pathogènes comme Salmonella afin de leur permettre de survivre en conditions de stress et de famine et de disséminer dans l'environnement. Le projet SIGMADAPT a pour objectif de caractériser des mécanismes moléculaires majeurs à l'origine de cette stratégie adaptative.
Nouveaux mécanismes impliqués dans les fonctions et la régulation de l'activité de SigmaSSigmaS modifie la physiologie des Salmonelles pour accroître leurs capacités de survie et de virulence tout en limitant leurs capacités de croissance. Ce projet a pour but d'identifier des cibles et des acteurs majeurs de cette stratégie en déterminant: 1) comment l'activité de SigmaS est régulée, 2) si et comment les effets négatifs de SigmaS sur la croissance des bactéries contribuent à leur survie et 3) quels sont les mécanismes moléculaires impliqués. L'objectif à terme est de concevoir de nouvelles stratégies pour limiter la persistance des Salmonelles dans l'environnement.
Etude multidisciplinaire des fonctions et de la régulation de l'activité de SigmaSNous utiliserons des approches en biologie structurale, biochimie, biophysique, microbiologie, génétique et génomique fonctionnelle afin de répondre aux trois questions biologiques posées. Cette multidisciplinarité permettra d'analyser au plus près les mécanismes moléculaires impliqués tout en intégrant les données dans un schéma d'adaptation biologiquement pertinent.
Résumé de la soumission : Chez les eubactéries, les facteurs sigma se fixent à l’ARN polymérase coeur (E), pour lui permettre d’initier la transcription à des promoteurs spécifiques. Le facteur sigmaS, codé par rpoS, est produit en fin de phase exponentielle ou en réponse au stress et contrôle l’expression d’un grand nombre de gènes impliqués dans la survie en phase stationnaire et la résistance au stress chez de nombreuses bactéries à Gram négatif. Il est également impliqué dans la formation de biofilms et la virulence de Salmonella enterica sérovar Typhimurium, un pathogène à large spectre d’hôte responsable chez l’homme de gastroentérites et de toxi-infections alimentaires. Les fonctions de presque la moitié des gènes contrôlés par sigmaS restent à découvrir.Le projet SIGMADAPT a pour objectif l’analyse des mécanismes d’adaptation orchestrés par sigmaS. Trois aspects seront plus particulièrement étudiés : i) Le mécanisme original de la régulation de l’activité de sigmaS par Crl. La protéine Crl régule l’expression génique en augmentant l’activité de sigmaS. Contrairement aux régulateurs transcriptionnels classiques, Crl ne se fixe pas à l’ADN mais se fixe à sigmaS. Les protéines connues qui se fixent à des facteurs sigma ont un effet négatif sur leur fonction. Au contraire, la fixation transitoire de Crl augmente l’affinité de sigmaS pour E et favorise ainsi la formation de l’holoenzyme E-sigmaS, responsable de la transcription du régulon sigmaS. Il s’agit donc d’un mécanisme unique, dans lequel Crl favorise probablement une conformation de sigmaS plus affine pour E. Notre objectif est de déterminer les bases moléculaires de ce mécanisme. Nous caractériserons les propriétés physico-chimiques et les structures tridimensionnelles de Crl, et de son complexe avec sigmaS, et nous identifierons les signaux environnementaux potentiellement transmis à sigmaS par Crl.ii) Les mécanismes moléculaires responsables de la régulation négative de l’expression génique par sigmaS. Dans la cellule, les facteurs sigma sont en compétition pour leur fixation à E, présente en quantité limitante. Le facteur sigma majeur, sigma70, est essentiel à la croissance, tandis que sigmaS induit une adaptation au stress et réprime l’expression de gènes dépendant de sigma70, notamment de gènes impliqués dans la perméabilité membranaire et la croissance. Le dogme actuel est que la répression, par sigmaS, de l’expression de gènes dépendant de sigma70, est un effet passif dû à la titration de E. En désaccord avec ce dogme, nos résultats préliminaires suggèrent que sigmaS doit fixer l’ADN pour réguler négativement la transcription, probablement via l'activation de répresseurs. Cette hypothèse sera validée par des études transcriptomiques et l’identification des voies régulatrices impliquées dans le contrôle négatif par sigmaS du gène ompD codant la porine majeure de Salmonella et de l’opéron sdh impliqué dans le métabolisme du succinate. iii) L’analyse fonctionnelle d’une famille de petites protéines (de moins de 10 kDa) dont l’expression est contrôlée par sigmaS (SCSPs). Ces protéines pourraient jouer un rôle majeur dans l’adaptation à l’environnement et la compétitivité des bactéries, en agissant à des étapes post-transcriptionnelles de l’expression génique, en aval de sigmaS et en réponse à des signaux environnementaux variés. Des études systématiques, physiologiques, biochimiques et moléculaires permettront de révéler la fonction des SCSPs dans des mécanismes d’adaptation orchestrés par sigmaS chez Salmonella et leurs partenaires d’interaction potentiels. La caractérisation de ces petites protéines, susceptibles de jouer un rôle important dans des fonctions cellulaires diverses, notamment en tant qu’adaptateurs ou chaperones s’inscrit dans une thématique émergente de l’analyse fonctionnelle des génomes.
Résultats : Les données acquises au cours des six premiers mois sont en cours d'analyse
Perspectives : L'identification de nouveaux mécanismes moléculaires orchestrés par SigmaS pourrait constituer une avancée majeure en terme de connaissances fondamentales et conduire à de nouveaux projets collaboratifs. Les connaissances originales qui seront acquises sur les capacités de persistance des bactéries pourraient également s'avérer utiles pour la conception de nouvelles stratégies anti-microbiennes.
Publications et brevets : en cours