Identification and analysis of a T-Box regulatory element controlling the expression of the enzymes involved in the tRNA dependent synthesis of asparagine in Clostridium acetobutylicum

Ce projet a permis de comprendre au niveau structural et mécanistique le fonctionnement du système d’antiterminaison chez Clostridium acetobutylicum et de conclure que ce mécanisme de régulation de l’expression des gènes est totalement dépendant du contexte physiologique de chaque espèce bactérienne. La redondance des gènes de la synthèse de l’Asn-ARNtAsn chez C. acetobutylicum a permis de révéler un mécanisme complexe de régulation de ces gènes en réponse au stress environnemental et aux changements physiologiques subis par C. acetobutylicum. Ce mécanisme est basé sur la régulation au niveau transcriptionnel de l’expression des gènes codant pour la voie indirecte de synthèse de l’Asn-tRNAAsn. Durant notre recherche on a montré que cette régulation est effectuée par un riboswitch de type T-Box spécifique d’un ARN de transfert, l’ARNtAsn. L’utilisation d’une combinaison d’études in vitro et in vivo, a permis de montré une ambigüité dans l’usage du codon au niveau de la «spécifier loop» de cette T-Box. Cette ambigüité permet la reconnaissance des deux espèces d’ARNt; l’ARNtAsn(GUU) et l’ARNtGlu(UUC). Enfin, la découverte de la synchronisation de 2 riboswitch de type T-Box est une découverte majeure qui permettra une avancée dans la compréhension du rôle de la T-Box dans son contexte cellulaire. Ces découvertes ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la régulation des gènes chez les bactéries Gram positives pathogènes qui dans leur grande majorité utilisent ce riboswitch.The T-box control system is a very common mechanism that Gram+ bacteria use to regulate the transcription of a variety of genes, like those involved in tRNA aminoacylation, in response to amino acid starvation. This regulation system is based on the stabilization of an antiterminator structure by the interaction with a cognate uncharged tRNA. Analysis of Gram+ Clostridium acetobutylicum (Cac) genome revealed an aberrant redundancy for the genes putatively involved in asparagine (Asn) and AsntRNAAsn synthesis. Through our investigations using various approaches, we showed that Cac only uses the indirect pathway to form Asn and Asn-tRNAAsn. We demonstrated that an entire transamidation pathway is organized as an operon under the control of a tRNAAsn-dependent T-Box riboswitch. One of our important findings gave some explanation to the function of this gene redundancy, which might be interconnected to control tRNA-dependent Asn synthesis, which might in turn be involved in controlling Cac metabolic switch from acid to solvent production. Moreover, we gave new exciting explanations on how the T-Box recognizes its cognate tRNA. Our work brought some evidences that a T-Box can use more than one codon to control gene expression and that; therefore, they have more than one tRNA ligand. Finally, we demonstrated that one antitermination event can be reprogrammed through a synchronization mediated by a protein effector, and guided by another T-Box. Thanks to this process, a T-Box would be able to adequately respond to the level of two metabolically related amino acids. This finding paves the way for a better understanding of the antitermination mechanism in Gram+ bacteria