Добірка наукової літератури з теми "Elément intégratif conjugatif (ICE)"

Les génomes bactériens évoluent principalement grâce au transfert horizontal de gènes. La conjugaison bactérienne en est un des mécanismes majeurs. Elle est notamment médiée par les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE). En plus de leur transfert, les ICE codent d'autres fonctions conférant à leur hôte un avantage adaptatif, comme par exemple des résistances aux antibiotiques dont la diffusion est un enjeu majeur en santé publique. Il est donc nécessaire de comprendre comment les ICE se transfèrent si l'on veut limiter leur dissémination. Le transfert d'un ICE d'une cellule donatrice vers une cellule réceptrice implique son excision du chromosome, son transfert puis son intégration dans les génomes des deux cellules partenaires. Les données de la littérature révèlent que l'initiation de ce transfert est médiée par un complexe nucléoprotéique appelé relaxosome, dont la protéine clé est la relaxase, une transestérase codée par l'élément. Le rôle de la relaxase est d'effectuer une coupure simple brin sur l'ADN de l'ICE au niveau d'un site conservé, appelé nic. Ce clivage libère une extrémité 3'OH libre, servant d'amorce pour initier la réplication en cercle roulant. Le complexe ADN-relaxase est alors dirigé vers le pore de conjugaison. Au cours de ma thèse j'ai étudié un ICE modèle, ICESt3 de Streptococcus thermophilus qui appartient à la superfamille ICESt3/Tn916/ICEBs1, très répandue chez les Firmicutes. Ces ICE possèdent une relaxase non canonique, appartenant à la famille MOBT, apparentée aux initiateurs de réplication à cercle roulant de la famille Rep_trans. L'objectif de ma thèse était d'élucider le fonctionnement de la relaxase RelSt3 afin de décrypter les mécanismes moléculaires d'initiation du transfert conjugatif médié par une relaxase MOBT. Mes recherches ont conduit à l'identification du site de liaison de RelSt3 sur l'origine de transfert (oriT) d'ICESt3. Ce site, appelé bind, a pour originalité d'être distant du site nic, ce qui n'est pas le cas des autres familles de relaxases. RelSt3 présente un domaine HTH à son extrémité N-terminal. J'ai montré que ce domaine est requis pour la fixation de RelSt3 sur le site bind, et important pour son activité catalytique. Des tests de conjugaison ont démontré que ce domaine HTH est crucial pour le transfert conjugatif d'ICESt3. Des prédictions structurales de ce domaine en complexe avec l'ADN ont conduit à l'identification de l'interface d'interaction avec le site bind, confirmée par mutagénèse dirigée. J'ai également démontré que RelSt3 présente une activité de coupure-religature et qu'elle se fixe de façon covalente sur l'extrémité 5' du brin clivé, démontrant ainsi que cette enzyme participe aux étapes initiale et terminale de la conjugaison. Dans la littérature, il a été démontré que les relaxases interagissent fréquemment avec d'autres protéines accessoires, codées par l'ICE ou la bactérie hôte pour former le relaxosome. Le deuxième objectif de ma thèse était d'identifier des partenaires de RelSt3. L'analogie avec ICEBs1 chez Bacillus subtilis a permis d'identifier deux protéines candidates OrfL et OrfM codées par ICESt3, ainsi qu'une hélicase cellulaire, probablement impliquée dans la réplication en cercle roulant, nommée PcrA. Une caractérisation de ces protéines candidates a été effectuée en utilisant des approches biochimiques et biophysiques. Le réseau d'interaction entre l'ensemble de ces protéines a été dressé en utilisant des approches in vitro, ainsi que l'approche double hybride in vivo. Ces données nous permettent d'avoir un premier aperçu des constituants du relaxasome d'ICESt3. J'ai par ailleurs montré que OrfL et OrfM stimulent l'activité catalytique de RelSt3 in vitro, et qu'elles sont toutes les deux essentielles à la conjugaison d'ICESt3.Ce travail nous apporte une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires en jeu lors de la conjugaison d'un ICE pilotée par une relaxase de la famille MOBT
Bacterial genomes evolve mainly through horizontal gene transfer. Bacterial conjugation is one of the major mechanisms for these transfers. Conjugation is mediated by integrative and conjugative elements (ICE). In addition to their transfer function, ICEs encode other functions that may provide an adaptive advantage to their host, such as resistance to antibiotics whose dissemination is a major public health issue. It is therefore necessary to understand how ICEs are transferred in order to limit their dissemination.The transfer of an ICE from a donor cell to a recipient cell requires its excision from the chromosome, its transfer from one cell to the other and then its integration into the genomes of the two partner cells. According to the literature, the initiation of ICE transfer is mediated by a nucleoprotein complex called relaxosome, whose key protein is the relaxase, a transesterase encoded by the element. The role of the relaxase is to perform a single-stranded cleavage on the DNA of the ICE at a conserved site, called nic. This cleavage releases a free 3'OH end, used as a primer to initiate rolling circle replication. The DNA-relaxase complex is then driven to the conjugation pore.During my PhD thesis, I studied ICESt3 from Streptococcus thermophilus which belongs to the ICESt3/Tn916/ICEBs1 superfamily, widespread among Firmicutes. These ICEs encode a non-canonical relaxase belonging to the MOBT family, which is related to the rolling circle replication initiators of the Rep_trans family. The general objective of my thesis was to elucidate the function of the RelSt3 relaxase in order to decipher the molecular mechanisms of initiation of conjugative transfer mediated by a MOBT relaxase.My work led to the identification of the RelSt3 binding site on ICESt3 origin of transfer (oriT). This site, called bind, is peculiar in that it is distant from the nic site, which is not the case for other relaxase families. RelSt3 possesses an HTH domain at its N-terminus. I have shown that this domain is required for the binding of RelSt3 to its bind site, and that it is important for its catalytic activity. Conjugation assays demonstrated that this HTH domain is crucial for the conjugative transfer of ICESt3. Structural predictions of the HTH domain in complex with DNA led to the identification of the interaction interface with the bind site, confirmed by mutagenesis. I also demonstrated that RelSt3 exhibits a nicking-closing activity and that it covalently binds to the 5' end of the cleaved strand, demonstrating that this enzyme participates in both initial and final steps of conjugation.In the literature, it has been shown that relaxases interact frequently with other accessory proteins, encoded by the ICE or by the host bacteria, participating in relaxosome formation. The second objective of my thesis was to identify RelSt3 partners. Comparisons with available data on ICEBs1 from Bacillus subtilis allowed to identify two candidate proteins, OrfL and OrfM, that may belong to the relaxosome of ICESt3, as well as a cellular helicase, PcrA , probably involved in the rolling circle replication. A characterization of these proteins was performed using biochemical and biophysical approaches. The interaction network between all of these proteins was established using in vitro approaches, as well as with the in vivo two-hybrid approach. These data provide a first insight into the components of the ICESt3 relaxasome. I also showed that OrfL and OrfM stimulate the catalytic activity of RelSt3 in vitro, and that they are both essential for ICESt3 conjugation.This work lead to a better understanding of the molecular mechanisms required during the conjugation of an ICE driven by a MOBT family relaxase

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses du sol à Gram positif capables de synthétiser une large variété de métabolites secondaires. Les éléments intégratifs, tels que pSAM2, retrouvés uniquement chez les Actinomycétales, sont un groupe d'éléments génétiques mobiles intégrés dans le génome de leur hôte, par recombinaison site spécifique et capables de transfert coujugatif. Leur particularité de réplication autonome est uniquement nécessaire lors du processus d'envahissement. Le premier gène régulateur de pSAM2 caractérisé, pra, code un activateur des fonctions de réplication et d'intégration/ excision dont les gènes constituent un opéron. La détermination des sites de fixations de KorSA a permis de révéler qu'il était un répresseur transcriptionnel contrôlant sa propre expression ainsi, que celle de pra, permettant ainsi le maintien de pSAM2 sous forme intégrée. La mise au point d'un système basé sur la méthylation différentielle de l'ADN par la méthyltransférase Sall a permis de différencier les molécules de pSAM2 présentes dans le donneur de celles acquises par le receveur révélant ainsi les différentes étapes associées au transfert. Après contact avec une souche réceptrice, pSAM2 s'excise et se réplique dans le donneur. Après translocation dans le receveur, il poursuit son cycle coujugatif en se répliquant et en envahissant l'ensemble du mycélium receveur. Cette variation de statut des éléments intogratifs constitue un avantage considérable qui en font des systèmes modèles pour l'étude de la conjugaison, mettant en évidence les bases de la régulation de son initiation. Des composantes codées à la fois par pSAM2 et par l'hôte sont nécessaires et un élément unique de pSAM2, nommé pif (pSAM2 immunity factor), empêche son excision entre donneurs. Le transfert des éléments de Streptomyces est peu caractérisé mais utilise un système complètement différent de celui des autres genres bactériens. Alors que le transfert d'ADN simple brin apparaissait être une caractéristique générale, le transfert d'ADN double brin a pu être démontré expérimentalement. Cela confirme l'originalité de la conjugaison chez Streptomyces. L'émergence d'un tel système, déjà remarquable par une fertilité bidirectionnelle, pourrait avoir contribué à l'évolution de cet important producteur d'antibiotiques.

Des analyses de génomes avaient suggéré que de nombreux îlots génomiques bactériens seraient des éléments intégratifs conjugatifs (ICE) ou des éléments en dérivant. Les ICE s'excisent sous forme circulaire par la recombinaison site-spécifique, se transfèrent par conjugaison et s'intègrent chez une cellule réceptrice. Les éléments de ce type sont très abondants aux seins des génomes de bactéries et d'archées. Divers îlots génomiques apparentés sont intégrés dans l'extrémité 3' de l'ORF fda chez plusieurs souches de Streptococcus thermophilus. Cette famille inclut 2 éléments intégratifs potentiellement conjugatifs, dont ICESt3, et 4 éléments qui dérivent d'ICE par délétion, les CIME (cis mobilizable elements). Ce travail a montré qu'ICESt3 se transfère entre souches de S. thermophilus et entre espèces proches. Cet élément est le premier élément conjugatif identifié chez ce streptocoque. Le transfert d'ICESt3 vers une cellule portant un ICE ou un CIME intégré a conduit à l'accrétion site-spécifique d'ICESt3 et d'un îlot génomique apparenté. À partir de cellules portant un tandem CIME-ICE, le co-transfert du CIME et de l'ICE ainsi que le transfert du CIME seul ont été obtenus, démontrant la mobilisation conjugative d'un CIME par ICESt3. Ainsi, les îlots génomiques de S. thermophilus évoluent par accrétion site-spécifique et mobilisation conjugative. Par ailleurs, une analyse de séquences disponibles dans les bases de données et une analyse bibliographique suggèrent très fortement que les CIME sont très répandus et que les événements d'accrétion site-spécifique entre îlots génomiques jouent un rôle important dans l'évolution bactérienne
Analyses of genomes had suggested that numerous bacterial genomic islands would be integrative conjugative elements (ICEs) or elements deriving from them. ICEs excise under a circular form by site-specific recombination, transfer by conjugation, and integrate in a recipient cell. The type of elements is very widespread in genomes of bacteria and archaea. Various related genomic islands are integrated at the 3' of the fda ORF in different Streptococcus thermophilus strains. This family includes 2 integrative and potentially conjugative elements, of which ICESt3, and 4 elements deriving from ICEs by deletion and named CIMEs (cis mobilizable elements). This work has demonstrated that ICESt3 transfers between S. thermophilus and related species. This element is the first conjugative element identified in this streptococcus. The ICESt3 transfer to a cell already carrying an ICE or a CIME leads to the characterization of site-specific accretions of ICESt3 and a related genomic island. Using donor cell harboring a CIME-ICE tandem, the co-transfer of the CIME and the ICE, the transfer of the ICE and the transfer of the only CIME were obtained, demonstrating conjugative mobilization of a CIME by ICESt3. Thus, the genomic islands from S. thermophilus evolve by site-specific accretion and conjugative mobilization. Moreover, an analysis of sequences from databases and an analysis of literature strongly suggest that CIMEs are widespread and that site-specific accretions between genomic islands play a key role in bacterial evolution

Les éléments intégratifs conjugatifs (ICE) sont des îlots génomiques qui codent leur excision du chromosome, leur transfert par conjugaison et leur intégration. Ils présentent une organisation modulaire, chaque module incluant tous les gènes nécessaires pour conférer une fonction biologique. Ce travail a porté sur l'étude de la régulation ainsi que les modalités de transfert et de maintien d'ICESt1 et ICESt3, deux ICE de Streptococcus thermophilus présentant une région core étroitement apparentée et une région variable non apparentée. Les résultats obtenus ont montré que, bien qu'ICESt3 s'excise et se transfère à beaucoup plus haute fréquence qu'ICESt1, l'excision des deux éléments est activée par des stimuli identiques et est dépendante de la souche hôte. Chacun de ces ICE code des homologues de deux types de régulateurs différents, cI et ImmR, ce qui implique un mécanisme de régulation complexe et original qui pourrait être conservée chez de nombreux ICE apparentés identifiés lors de ce travail. Selon la définition initiale, les ICE se maintiendraient uniquement sous forme intégrée et ne se répliqueraient pas de façon intracellulaire. Cependant, les dommages à l'ADN induisent non seulement l'excision et le transfert d'ICESt3, mais aussi sa présence en copies multiples extrachromosomiques. Les résultats obtenus impliquent une réplication sous forme extrachromosomique, réplication codée par la région core et qui serait impliquée dans le maintien de l'élément. Une telle réplication pourrait être impliquée dans le maintien de nombreux ICE en plus de leur intégration
Integrative and Conjugative Elements (ICEs) are genomic islands, which excise from the chromosome, self-transfer by conjugation and integrate. They harbor a modular organization: genes and sequences involved in the same biological process are grouped in the same region. This work concerns the modality of transfer and maintenance of ICESt1 and ICESt3, two ICEs of Streptococcus thermophilus that share closely related core region. ICESt1 excises much less frequently than ICESt3. Nevertheless, excision of the two elements is activated by the same stimuli (DNA damage, stationary phase and/or cell density) and depends of the host strain. Bioinformatical and transcriptional analyses highlight several differences in their organization. However, each of these two ICEs would encode two different regulators, cI and ImmR, suggesting that a complex and original pathway govern to ICESt1' and ICESt3' regulation. This regulation would be shared with numerous ICEs that we identified in the genome of various commensal or pathogenic streptococci. According to the original definition, ICE's maintenance would be exclusively due to their integration in the host chromosome, and ICEs would not be able of extracellular replication. However, in addition to the induction of ICESt3' excision and transfer, DNA damage cause replication of its extrachromosomal form. This unexpected property is encoded by the core region and would be implicated in the maintenance of the element. Comparision with data recently published on other ICEs suggest that intracellular replication could be involved in the maintenance of numerous ICEs, besides their integration

Mycoplasma agalactiae est responsable de l'agalactie contagieuse, maladie des petits ruminants difficilement contrôlée et figurant sur la liste de l’OIE. Afin d’évaluer la diversité génétique de ce pathogène, 101 isolats ont été comparés par trois techniques (VNTR, RFLP, répertoire vpma). Les résultats révèlent une grande homogénéité génétique dont la souche type PG2 est représentative. Quelques isolats font exception telle la souche 5632 que nous avons séquencée et analysée ici. La comparaison des génomes et des protéomes entre 5632 et PG2 indiquent que la plasticité de ces génomes est liée à d’importants échanges d'ADN et à la présence de nombreux éléments génétiques mobiles (10% du génome). Ces analyses révèlent également une forte dynamique au sein de répertoires de gènes codant des protéines de surfaces. Pour les mycoplasmes, bactéries minimales dépourvues de paroi, ces évènements ont certainement joués un rôle dans leur survie et leur adaptation à des hôtes complexes
Mycoplasma agalactiae is responsible of contagious agalactia, a disease of small ruminants that is still difficult to control and is listed by the OIE. In order to evaluate the genetic diversity of this pathogen, 101 isolates were compared using three techniques (VNTR, RFLP, vpma repertoire). Results revealed a high genetic homogeneity with the PG2 type strain as representative. Some isolates however diverged such as the 5632 which was sequenced and analysed here. Whole comparative genomic and proteomic analyses of the 5632 and PG2 strains indicate that their genomic plasticity resides in important genes flux and in the presence of several mobile genetic elements (10% of the genome). These analyses also revealed that specific loci encoding repertoire of surface proteins are highly dynamic. For these minimal bacteria that lack a cell-wall, these events have most likely played a major role in their survival and adaptation to complex hosts