Le contrôle de la division cellulaire chez Escherichia coli

Structuration du chromosome d’E. coli en MacroDomaines

Le dernier niveau d’organisation que nous allons étudier est l’organisation en MacroDomaines. Il y a quatre MacroDomaines d’environ 1 Mb sur le chromosome d’E. coli.

Mise en évidence et caractéristiques des MacroDomaines

La mise en évidence des MacroDomaines est relativement récente, comparée à la mise en évidence des NAPs, de MukB ou encore des domaines topologiques. La localisation en FISH (Fluoresecence In Situ Hibridization) de 22 séquences, espacées d’environ 230 Kb, a permis de mettre en évidence que le nucléoïde d’E. coli est organisé en un anneau compact superposable à la carte génétique du chromosome. Mais surtout, cette même étude a permis de mettre en évidence que les loci situés dans deux larges régions (900 Kb environ) autour d’oriC et de dif présentaient une même localisation cellulaire et une même dynamique au cours du cycle cellulaire. Suite à cette observation, ces deux régions ont été nommées domaine Ori et domaine Ter (Niki et al., 2000).  Le terme MacroDomaine n’apparait que quelques années après, suite à l’analyse de l’interaction physique entre loci. Pour explorer l’architecture du chromosome in vivo, le groupe de F. Boccard a mis au point un outil, basé sur le système de recombinaison spécifique du phage l, et permettant d’appréhender la distance spatiale entre deux sites chromosomiques. La recombinaison entre les deux sites attR et attL se faisant par collision aléatoire, la fréquence de recombinaison est directement proportionnelle à la capacité à entrer en contact des deux sites att. Les sites attR et attL ont été positionnés à différents loci chromosomiques afin de sonder le chromosome. Le premier constat est que la fréquence de recombinaison n’est pas homogène sur le chromosome : deux sites éloignés, mais appartenant à une même région, ont une fréquence de recombinaison plus élevée que deux sites rapprochés, appartenant à deux régions différentes. Ces observations ont permis de définir 4 régions isolées physiquement les unes des autres : les MacroDomaines Ori (correspondant à la région Ori précédemment définie par Niki et al.), Ter (correspondant à la région Ter précédemment définie par Niki et al.), Right et Left (de part et d’autre du MacroDomaine Ter) (Figure 23). Deux autres régions moins structurées ont aussi été définies : les régions NSR et NSL (pour régions non structurées Right et Left). Au sein de ces régions, la recombinaison entre deux sites att est possible. Elle est également possible entre un site att localisé dans une région NS et un site att localisé dans un MacroDomaine adjacent (Valens et al., 2004). Cette organisation en MacroDomaines et ces restrictions d’interactions physiques entre les différents MacroDomaines suggèrent l’existence de facteurs permettant la structuration et l’isolement de ces MacroDomaines les uns par rapport aux autres. 

Le MacroDomaine Ter

Depuis la mise en évidence de cette structuration en MacroDomaines, diverses approches ont été développées pour définir les mécanismes moléculaires responsables de l’organisation en MacroDomaines. A l’heure actuelle, chez E. coli, seul le facteur moléculaire permettant l’organisation du MacroDomaine Ter a été caractérisé. Pour cela, une approche bioinformatique a été utilisée pour identifier des sites surreprésentés dans Ter et sousreprésentés sur le reste du chromosome. Cette approche a conduit à l’identification des sites 72 matS (pour MacroDomain Ter Organisation, voir partie 1.2.1), présents au nombre de 23 dans le MacroDomaine Ter (Mercier et al., 2008). Un crible génétique a ensuite permis d’identifier la protéine MatP, qui se fixe spécifiquement au niveau des sites matS (Mercier et al., 2008). En l’absence de MatP, la compaction et la ségrégation du MacroDomaine Ter sont perturbées, ce qui montre un rôle essentiel de MatP dans l’organisation du MacroDomaine Ter (Dupaigne et al., 2012; Mercier:2008jz ; Espéli et al., 2012). A l’inverse, la compaction et la ségrégation des autres MacroDomaines ne sont pas affectées par l’absence de MatP, ce qui indique que MatP agit de manière spécifique dans l’organisation de ce MacroDomaine en particulier. Du fait de l’importance de MatP dans la ségrégation du MacroDomaine Ter et de l’importance de la ségrégation de ce MacroDomaine Ter dans le bon déroulement du cycle cellulaire, nous reviendrons plus en détail sur la structure de MatP, ses interactions et son implication dans les différents processus cellulaires dans la troisième partie de ce manuscrit.

Le cycle cellulaire d’E. coli

Généralités sur le cycle cellulaire

Le cycle cellulaire correspond à l’ensemble des étapes constituant et délimitant la vie d’une cellule, notamment les étapes de croissance cellulaire, de réplication du matériel génétique et enfin de division cellulaire. Toutes ces étapes, que ce soit chez les eucaryotes ou les procaryotes, sont hautement contrôlées et concourent à un même but : l’obtention de deux cellules filles identiques à partir d’une cellule mère. Chez les eucaryotes, les différentes étapes sont strictement indépendantes les unes des autres, dans l’espace et dans le temps. La première étape, l’interphase, est une phase pendant laquelle la cellule grossit, assure les fonctions pour lesquelles elle est programmée et prépare sa division cellulaire. Cette étape est découpée en trois phases : (i) la phase G1 de croissance pendant laquelle la cellule effectue son métabolisme normal, (ii) la phase S pendant laquelle il y a doublement du matériel génétique et (iii) la phase G2 pendant laquelle la cellule assure ses fonctions normales tout en se préparant à se diviser en deux cellules filles. La seconde étape, la mitose, correspond à l’étape de division cellulaire et est divisée en 4 phases distinctes : (i) la prophase pendant laquelle les chromatides sœurs se condensent et forment des paires de chromosomes reliés entre eux au niveau du centromère et aussi pendant laquelle il y a dissolution de l’enveloppe nucléaire, (ii) la métaphase pendant laquelle les chromosomes sont positionnés sur le plan équatorial de la cellule grâce aux microtubules, (iii) l’anaphase pendant laquelle les chromosomes, toujours sous l’action des microtubules, se ségrégent de part et d’autre du plan équatorial et (iv) la télophase pendant laquelle se forment deux enveloppes nucléaires aux extrémités de la cellule, autour des chromosomes homologues. Enfin, une dernière étape de cytokinèse ou cytodiérèse intervient après la mitose, et permet la formation de deux cellules filles individualisées. La cytokinèse est différentes entre les cellules animales (formation d’un sillon perpendiculaire à l’axe du fuseau mitotique et présence d’un anneau contractile assurant le partage du cytoplasme par étranglement) et les cellules végétales (formation d’une nouvelle paroi entre les deux noyaux).