Etude de machines moléculaires impliquées dans la dynamique des génomes bactériens et phagiques

Les différentes recherches que je mène depuis ma thèse portent sur la caractérisation de mécanismes mis en jeu dans différents aspects du métabolisme des acides nucléiques chez les microbes. L'étude des protéines isolées impliquées dans ces processus, bien qu'essentielle, s'est avérée rapidement limitée pour comprendre les mécanismes dans leur ensemble et expliquer des processus, même simples. Suite à mon recrutement à l'INRA, je me suis donc focalisé sur l'identification des machines moléculaires, i.e. des complexes protéiques ou nucléoprotéiques, assurant ces mécanismes, et sur la caractérisation des interactions assurant leur cohésion et leur dynamique.J’ai tout d’abord étudié la recombinaison homologue et le redémarrage de la réplication chez Bacillus subtilis via l'étude du partenariat de la protéine de fixation à l'ADN simple brin, SSB, ainsi que la voie de réparation par recombinaison non homologue (NHEJ), via l'étude de la protéine Ku et de son partenaire LigD. J’ai alors pu établir un modèle de leurs rôles respectifs dans ces mécanismes de réparation.Plus récemment, je me suis intéressé aux machines moléculaires impliquées dans les mécanismes de recombinaison de l’ADN chez les phages (virus de bactérie). En effet, ces entités suscitent un regain d’intérêt ces dernières années en raison de leur potentiel thérapeutique pour lutter contre le phénomène d'antibiorésistance des bactéries pathogènes, apparu rapidement après l'utilisation massive des antibiotiques au cours du XXème siècle, et qui représente désormais un problème de santé publique majeur. Un inconvénient possible à l'emploi de la phagothérapie est lié à l’évolution génétique rapide des phages, due en partie à leur capacité à coder des systèmes de recombinaison de l'ADN particulièrement divers et efficaces. Ces systèmes restent cependant pour la plupart à caractériser. De plus, et contrairement aux organismes cellulaires, ces systèmes ne sont pas ubiquitaires, soulevant la question de leur rôle, à la fois pour le phage lui-même, mais également potentiellement pour son hôte bactérien.Ainsi, ma recherche actuelle vise premièrement à caractériser des mécanismes de recombinaison phagiques originaux, via l'étude des machines impliquées. Deuxièmement, je cherche à comprendre l'impact de ces systèmes de réparation sur le cycle de vie des phages et en quoi ils influencent la physiologie des bactéries à l'état lysogénique.Pour répondre à ces objectifs, deux machines moléculaires sont en cours d'étude. La première implique la recombinase Sak4 et sa SSB, codées par le phage HK620 d'Escherichia coli. Nous avons montré que l'association des deux est requise pour une recombinaison homologue par appariement simple brin efficace. Cette caractéristique est inédite puisque les SSB sont connues pour inhiber cette activité chez les autres recombinases de la même famille (type RAD51), faisant de Sak4 une recombinase particulièrement intéressante à caractériser d'un point de vue évolution et fonction. Nous cherchons aussi à déterminer l'influence de ce couple dans le processus d'induction du cycle lytique du phage. La deuxième machine est composée a minima des protéines Mu-Gam et RecT du phage Gally, potentiellement impliquées respectivement dans des évènements de recombinaison non homologue et homologue. Cette combinatoire au sein d'un même phage et la résultante en terme de mécanisme de recombinaison n'a jamais été étudiée chez les phages et nos premiers résultats indiquent que ces deux protéines fonctionnent ensemble dans un mécanisme en cours de caractérisation. Ce mécanisme n'influe que très peu sur la capacité de Gally à produire des virions. A l'inverse, des données préliminaires nous indique que Mu-Gam et RecT pourraient être impliquées dans la virulence de la souche E. coli LF82, une souche porteuse du prophage Gally et qui est impliquée dans la maladie de Crohn. Nous cherchons maintenant à valider ces résultats et à comprendre le lien entre recombinaison phagique et virulence bactérienne.L'ensemble des résultats générés au cours de ces études permet de mieux comprendre les mécanismes de réparation de l'ADN chez les phages, et une partie de ces connaissances devraient être transposables chez les organismes cellulaires. Ces études impliquent également que des mécanismes de réparation phagiques, à l'origine de leur évolution et du bon déroulement de leur cycle de vie, pourraient être adoptés par leur hôte bactérien pour leur propre bénéfice dans des environnements génotoxiques