CytoStat — Structure et fonctions du cytosquelette bactérien lors du développement, en phase stationnaire, de la compétence et de la sporulation.

Pendant des décennies, les scientifiques pensaient que la paroi rigide entourant les bactéries (prokaryotes) était le seul facteur déterminant la forme cellulaire. Chez les organismes supérieurs (eukaryotes), il est connu depuis longtemps que les cellules possèdent un réseau de protéines filamenteuses, particulièrement les filaments d’actine, qui contrôlent cette forme cellulaire. Ce réseau complexe est connu sous le nom de « cytosquelette ». Très récemment, il a été montré que les bactéries possèdent également un cytosquelette dynamique qui joue un rôle important dans l’organisation spatiale de processus essentiellement associés à la croissance cellulaire. Dans ce projet de recherche fondamentale, nous proposons d’étudier le cytosquelette d’Actine (codé par les gènes mreB) lors du développement, en phase stationnaire, des deux principales adaptations environnementales que sont la compétence et la sporulation chez l’organisme modèle Bacillus subtilis. Le développement de ces deux processus, maintenant étudiés depuis plus de 80 ans, requiert un large remaniement de l’expression des gènes, de la localisation des protéines mais également de la forme de la cellule chez B. subtilis. Parce qu’elles sont très couteuses énergétiquement, ces adaptations physiologiques imposent un arrêt de croissance chez les cellules qui les ont initiées. Or il a été montré que l’expression des gènes mreB était induite lors du développement de la compétence et de la sporulation. Mais alors pourquoi induire l’expression du cytosquelette d’actine, l’un des déterminants majeurs de la croissance cellulaire par contrôle de la synthèse du peptidoglycane, alors que nous savons que les cellules arrêtent de se diviser en compétence et en sporulation ? De nombreux résultats, publiés ou préliminaires, nous autorisent à spéculer quant à la signification de cette observation. Dans le cas de la compétence, de nombreux résultats préliminaires suggèrent que les protéines MreB et Mbl puissent jouer un rôle dans la réorganisation du peptidoglycane (paroi cellulaire), la localisation de certaines protéines de compétence ou dans l’acheminement de l’ADN transformant depuis son entrée dans le cytoplasme jusqu'au chromosome pour la recombinaison homologue. Dans le cas de la sporulation, la création d’une spore à l’intérieur de la cellule mère implique presque inévitablement une réorganisation massive du cytosquelette bactérien. Il a par exemple été montré chez Streptomyces coelicolor, qu’un mutant mreB génère des spores dont le volume a doublé et dont la paroi a perdu toute consistance. Ce travail suggère également que cette fonction de MreB associée à la sporulation puisse être conservée, au moins, chez les Streptomyces. Dans ce projet de recherche, nous proposons de mener une approche pluridisciplinaire (régulation transcriptionnelle, microscopie, biochimie) dans le but de caractériser l’organisation, l’éventuelle restructuration ainsi que les fonctions du cytosquelette d’actine en phase stationnaire. Par exemple, le candidat pourra amener son expertise dans l’utilisation de la luciférase de Photinus pyralys comme rapporteur transcriptionnel et ainsi étudier les profils d’expression des gènes du cytosquelette dans différents milieux ou contextes génétiques chez B. subtilis. De même, le laboratoire d’accueil, leader dans la description et la compréhension des rôles du cytosquelette d’actine chez les procaryotes, pourra mettre à disposition plusieurs techniques de microscopie de pointe (TIRFM, microfluidique) permettant la visualisation optimale du cytosquelette bactérien. De la même façon, plusieurs techniques permettant l’identification d’interactions protéine-protéine seront disponibles, en local au sein du laboratoire ou de l’unité, pour établir d’éventuels liens entre cytosquelette et compétence ou sporulation.