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Theses

How do the metabolites, GTP and (p)ppGpp, simultaneously control the occurrence of translational errors and resource allocation in bacteria?

Résumé : Bien que divers mécanismes coopèrent pour empêcher les erreurs lors de la synthèse des protéines chez les bactéries, des erreurs traductionnelles de type « frameshift » (ETFs) ou « faux-sens » peuvent avoir lieu. En particulier, les ETFs ont été détectées à de faibles niveaux lors de la phase de croissance exponentielle et à des niveaux plus élevés durant la phase de croissance stationnaire chez Escherichia coli et Bacillus subtilis. Ces observations ont conduit les chercheurs à revoir le rôle de la "réponse stringente" dans la survenue des ETFs, qui constitue l’un des mécanismes clé de l'adaptation bactérienne aux changements nutritionnels. Elle découle de l'interaction entre un ribosome en cours de traduction et la protéines RelA/SpoT ce qui permet de détecter les ARNs de transfert (ARNts) non chargés et résulte en la production d'une molécule appelée (p)ppGpp . Dans une souche mutante relA incapable de synthétiser le (p)ppGpp, les ETFs sont fortement augmentées.Dans ce contexte, notre objectif principal a été de revisiter le rôle de la réponse stringente dans le contrôle des erreurs traductionnelles et de clarifier le rôle des deux métabolites antagonistes GTP et (p)ppGpp. Par exemple, le GTP stimule l'initiation de la traduction (en ciblant le facteur d'initiation IF2) alors que le (p)ppGpp inhibe l'initiation de la traduction (en rentrant en concurrence avec le GTP pour se fixer sur IF2).A cette fin, nous avons utilisé le modèle des bactéries à Gram positif B. subtilis, conçu trois systèmes rapporteurs distincts pour détecter les ETFs et construit une souche incapable de synthétiser du (p)ppGpp (appelée "(p)ppGpp0"). Nous avons observé qu'au cours de la croissance dans des milieux pauvres, les ETFs augmentent en l'absence de (p)ppGpp durant la phase exponentielle et que, contrairement à la souche sauvage, la souche (p)ppGpp0 présente un pic d’ETFs en milieu riche pendant la transition à la phase stationnaire. En contrôlant les niveaux intracellulaires de GTP dans la souche (p)ppGpp0, nous avons montré que l'abondance de GTP est le facteur qui déclenche l'apparition des ETFs. Néanmoins, après une "faible" induction de la biosynthèse du GTP conduisant à des taux de croissance sous-optimaux, le niveau d’ETFs forme toujours un pic lors de la transition vers la phase stationnaire, ce qui montre que le mode d'action du (p)ppGpp pour prévenir l'apparition des ETFs ne repose pas uniquement sur son action inhibitrice de la biosynthèse du GTP. Nous nous sommes alors concentrés sur l'effet inhibiteur du (p)ppGpp sur IF2 et avons mimé son action en injectant des drogues connues pour inhiber l'initiation de la traduction. Nous avons ainsi démontré qu'en réduisant l'initiation de la traduction lors de l'épuisement des aminoacyl-ARNts, la souche "(p)ppGpp0" est capable de contrôler de façon optimale le taux d’ETFs lors de la transition vers la phase stationnaire.Dans une deuxième partie, nous avons étudié comment la transcription et la traduction sont affectées par les variations du niveau de GTP et de (p)ppGpp. Nous avons observé que les gènes possédant un "+1" de transcription (TSS, « transcription start site ») composé de deux guanines (gènes artificiels et ARNs ribosomaux) ont vu leur taux de transcription positivement corrélés au taux de croissance à l'inverse des gènes possédant un TSS composé de deux adénines. Cette différence est encore plus prononcée pour la souche (p)ppGpp0 cultivée en milieu riche lors de l'ajout de guanosine (ce qui conduit à un niveau élevé de GTP).En conclusion, nous avons démontré que le (p)ppGpp contrôle le niveau d'erreurs traductionnelles lors de la croissance en régime permanent en abaissant les niveaux de GTP et lors d’un changement nutritionnel en inhibant spécifiquement l'initiation de la traduction, assurant une allocation parcimonieuse des ressources au sein de la bactérie.
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Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, July 2, 2020 - 1:11:48 AM
Last modification on : Thursday, July 2, 2020 - 3:45:04 AM

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Claire Baudier. How do the metabolites, GTP and (p)ppGpp, simultaneously control the occurrence of translational errors and resource allocation in bacteria?. Molecular biology. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. English. ⟨NNT : 2018SACLS202⟩. ⟨tel-02887100⟩

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