Identification de contraintes locales impactant l’expression des gènes chez Escherichia coli - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Identification of local constraints impacting gene expression in Escherichia coli.

Identification de contraintes locales impactant l’expression des gènes chez Escherichia coli

Résumé

Abstract : Recent studies conducted in Escherichia coli showed the macrodomain and microdomain organization of the chromosome. Macrodomains correspond to long DNA region of ~1 Mbp. Microdomains are smaller DNA segments, allowed by the binding of NAPs (Nucleoid Associated Proteins), that shape the bacterial chromosome. These microdomains are successive DNA-loops of ~10kbs and present heterogeneous local supercoil levels. Our team conducted a genome-wide study showing the impact of the genomic context on the expression of a transcriptionally-isolated reporter gene. The expression of the reporter gene varies 1,300-fold depending on its chromosomal position. Focusing on two chromosomal regions, we showed that this variability is at least partially due to microdomains, that present heterogenous superhelicity. Using heterologous Lambda-cI protein, we developed a tool to artificially induce loops in the DNA. We used this loop to isolate the gene from its genomic context and showed that it was indeed the local topology that was responsible of the expression variability. Using bio-informatic approach, we discovered that E. coli Lrp NAP naturally uses the DNA-looping mechanism to regulate expression of its target genes. This mechanism allows transcription regulation of genes at the genomic scale.
Résumé : Les études menées chez Escherichia coli ont montré que l’organisation 3D de leur chromosome circulaire s’échelonne à plusieurs niveaux. Au niveau cellulaire, le chromosome est organisé en 6 macrodomaines, d’une taille proche de 1Mb. Au niveau moléculaire, les NAP (Protéines Associées au Nucléoïde) organisent l’ADN en microdomaines d’environ 10 kb qui présentent des surenroulements de l’hélice d’ADN indépendants. Pour mesurer l’impact de l’organisation du génome sur l’expression génique d’une façon systématique, une étude à grande échelle a été menée par notre équipe. Ce travail a montré que l’expression d’un gène rapporteur isolé de part et d’autre par des terminateurs de transcription peut varier d’un facteur 1300 en fonction de sa position sur le chromosome. Nous avons démontré que ces variations d’expression sont au moins en partie dues aux microdomaines qui présentent des niveaux locaux de surenroulements différents. Par l’utilisation d’une protéine de pontage hétérologue, nous avons induit des boucles d’ADN dans le chromosome d’E. coli permettant d’isoler un gène d’intérêt de son contexte génomique. Nous avons montré que la topologie locale est le moteur de la variabilité de l’expression génique. Enfin, les analyses bioinformatiques que nous avons réalisées prouvent que les phénomènes que nous avons observés grâce aux boucles artificiellement induites sont naturellement présents chez la bactérie, et permettent une régulation globale de l’expression des gènes à l’échelle génomique.
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Citer

Nazim Sarica. Identification de contraintes locales impactant l’expression des gènes chez Escherichia coli. Génomique, Transcriptomique et Protéomique [q-bio.GN]. Université Paris - Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASL021⟩. ⟨tel-04411260⟩
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