Régulation globale chez les bactéries (MCB2992, 18 octobre 2024) PDF

Régulation globale chez les bactéries III. MCB2992, 18 octobre 2024  Les réponses aux stress. -Plusieurs des régulons chez les bactéries sont fait pour répondre à différents stress. -Afin de survivre tous les organismes doivent pouvoir répondre adéquatement aux changements brus...

Régulation globale chez les bactéries III. MCB2992, 18 octobre 2024  Les réponses aux stress. -Plusieurs des régulons chez les bactéries sont fait pour répondre à différents stress. -Afin de survivre tous les organismes doivent pouvoir répondre adéquatement aux changements brusques et soudains qui surviennent dans leur environnement immédiat. -L’osmolarité, la température, ou le pH peuvent soudainement augmenter ou diminuer et les cellules peuvent être privées de nutriments essentiels les forçant à entrer dans un état de dormance. -Les bactéries doivent également survivre et croître dans l’hôte qu’elles envahissent. -Elles doivent également détecter quand le stress est disparu pour reprendre une croissance normale.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») -Une des réponses au stress qui a été la plus étudiée -La plus conservée chez les organismes vivants. -Pour s’ajuster à une augmentation soudaine de la température la cellule synthétise un groupe d’environ 30 protéines appelée Hsps (heat shock proteins) -La réponse heat shock est également induite par plusieurs autres stress qui endommagent les protéines, tel que la présence d’éthanol. Dans ce contexte on peut parler plutôt d’une réponse générale au stress. -Il s’agit d’une réponse transitoire.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: -30 gènes codant pour 30 protéines différentes sont induits par un heat shock. -Plusieurs de ces protéines jouent un rôle également en absence de stress et sont toujours présentes en faible quantité. Cependant leur quantité augmente significativement après un choc thermique, puis descend lentement pour atteindre le niveau normal. -Quelques une des protéines Hsps dont GroEL, DnaK, DnaJ et GrpE sont des chaperonnes essentielles qui participent au repliement de protéines nouvellement synthétisées. -Le nom de ces protéines ne reflète pas nécessairement leur fonction mais plutôt le contexte dans lequel elles ont été découvertes. Par exemple DnaK et DnaJ sont requises pour l’assemblage d’un complexe de protéines pour la réplication de l’ADN du phage lambda.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: -Les protéines chaperonnes aident les cellules à survivre à un choc thermique en interagissant avec les protéines dénaturées par la chaleur pour les replier adéquatement ou pour les acheminer vers la dégradation. -D’autres protéines Hsps telles que Lon et Clp, dégradent les protéines dénaturées qui sont irréparables pour empêcher leur accumulation dans la cellule. -Enfin certaines protéine Hsps sont impliquées dans la synthèse protéique.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: -Le fait que plusieurs des protéines Hsps participent au bon repliement des protéines ou à la destruction de protéines dénaturées permet d’expliquer la nature transitoire de la réponse « heat-shock »: immédiatement après le choc la concentration de sels et d’autres constituant cellulaires qui était adaptée aux basses températures ne sont plus appropriées pour la stabilité des protéines à des températures élevées, ce qui mène à leur dégradation. Une fois les paramètres bien ajustés la situation normale est rétablie et la réponse heat-shock n’est plus nécessaire.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: -Le facteur sH (ou s32) reconnait les promoteurs des gènes de la réponse heat shock. La séquence consensus pour ces promoteurs est différente de la séquence consensus pour les promoteurs des gènes de ménage.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: -Normalement très peu de molécules de sH existent dans la cellule. Après un choc thermique la quantité de sH peut augmenter de 15 fois, ce qui permet une augmentation considérable du niveau d’expression des gènes pour les Hsps. -La quantité d’ARNm sH n’augmente pas de manière significative après un choc thermique. La régulation est donc post-transcriptionnelle. -Après un choc de température le taux de traduction de l’ARNm sH augmente de 10 fois et la stabilité (demi-vie) de sH augmente considérablement.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: RNA thermosensor. -À température normale une structure secondaire masque le TIR de l’ARNm sH qui ne peut alors être traduit. -Au moment du choc thermique cette structure est déstabilisée par la chaleur ce qui permet une traduction efficace de l’ARNm sH (10X plus): ARN thermosenseur. -Permet une réponse rapide à l’augmentation de la température.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: RNA thermosensor.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: Stabilité de sH et DnaK comme thermomètre cellulaire. -À température normale, DnaK interagit avec sH pour empêcher son activité de deux façons: 1-Il augmente la sensibilité de sH à la protéase FtsH, ce qui accélère la dégradation de sH. 2-En étant lié à sH, ce dernier ne peut pas être utilisé comme facteur sigma pour la transcription: séquestration de sH. -Lorsque la température augmente, DnaK va rapidement s’attacher aux protéines dénaturées ce qui libère sH, le stabilise et le rend accessible pour l’expression des gènes Hsps. Lorsque le stress est passé, DnaK est de nouveau en excès et peut de alors interagir avec sH pour accélérer sa dégradation et le séquestrer.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse au choc thermique (« heat shock ») chez E. coli: promoteur sous le contrôle de sE. -sE contrôle la transcription de certains gènes de la réponse heat shock, dont sH, à des températures élevées. - sE contrôle la réponse aux stress qui affectent la membrane externe. Des dommages à la membrane externe peuvent être induits par la chaleur et plusieurs autres traitements.  Les réponses aux stress. Figure 12.15 Induction of the heat shock response in E. coli. The rpoH mRNA is an RNA thermosensor, which is inactive for translation at low temperature and is unfolded and translated at high temperature. This results in rapid synthesis of σΗ after heat shock. In the absence of heat shock, σΗ is quickly inactivated by binding to DnaK, which both makes it less active and targets it for degradation. After an abrupt increase in temperature, many other proteins are denatured, and DnaK, with the help of GrpE and DnaJ (see chapter 2), binds to them to help them refold or be degraded. Binding of DnaK to other protein substrates frees σΗ, stabilizing it and making it more active for transcription initiation at heat shock gene promoters (phsp). When the cell adjusts to the higher temperature and DnaK accumulates to the point where some is again available to bind to σΗ, the activity of σΗ in the cell drops, and the transcription of the Trouver l’énoncé qui est vrai au sujet de la réponse heat shock: A. σH est stabilisé par une interaction avec DnaK. B. La régulation de la biosynthèse de σH se fait surtout au niveau transcriptionnel. C. La structure secondaire qui emprisonne le S-D de l’ARNm codant pour σH est déstabilisée à 42oC chez E. coli. D. DnaK permet la dégradation de σH par ClpXP. E. Aucune de ses réponses.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: -sS est le facteur sigma qui contrôle la réponse générale au stress incluant la phase stationnaire (S dans sS). -Le gène pour sS, soit rpoS, est activé par plusieurs types de stress incluant la pénurie de nutriments, les dommages oxydatifs et des conditions acides. - sS est très rapproché structurellement de s70 et reconnait des promoteurs très semblables avec une séquence -10 qui est cependant plus étendue. Certains promoteurs sont en fait reconnus par sS et s70.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: -Un total de 481 gènes (10% de tous les gènes de E. coli) sont affectés positivement ou négativement par l’absence de sS. De ceux-ci, 140 sont affectés dans toutes les conditions testées alors que les autres 341 sont transcrits seulement sous certaines conditions, comme un pH acide et une pression osmotique élevée. -Plusieurs de ces gènes codent pour des régulateurs et sont activés seulement sous certaines conditions environnementales. -On retrouve également des gènes impliqués dans le métabolisme central et des gènes de transporteurs qui peuvent participer à l’élimination de produits toxiques ou à l’entrée de nutriments essentiels.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: -Donc sS est le régulateur principal de la réponse au stress (« master regulator ») chez les Gram-. -Il est donc en haut d’une pyramide et contrôle l’expression de gènes codant pour des activateurs plus spécialisés qui répondent à des stress plus spécifiques.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: -Avec une telle responsabilité sS doit être en mesure de répondre très rapidement à un nombre important de signaux de l’environnement. -Il y a peu de régulation de sS au niveau de la transcription de rpoS. En fait les niveaux d’ARNm sS demeurent élevés tout au long de la phase exponentielle de croissance. -La régulation est donc avant tout post- transcriptionnelle soit au niveau de la traduction de l’ARNm sS ou au niveau de la stabilité de la  Les réponses aux stress. -La régulation de sS par le petit ARN régulateur DsrA: -DsrA active la traduction de l’ARNm sS à basse température. -Normalement le TIR de l’ARNm sS est séquestré par une structure secondaire, ce qui empêche sa traduction. Le petit ARN (sRNA) régulateur DsrA interagit avec un des deux bras de cette structure pour empêcher sa formation et ainsi permettre la traduction de l’ARNm sS. Pour cette interaction, DsrA est aidée de la protéine abondante Hfq, une chaperonne ARN. -En même temps, DsrA via une autre séquence réprime l’expression d’un gène codant pour une protéine régulatrice abondante appelée H-NS. Cette régulation stimule davantage le changement d’expression de gènes dans des conditions de stress.  Les réponses aux stress. -La régulation de sS par le petit ARN régulateur DsrA: -DsrA active la traduction de l’ARNm sS à basse température.  Les réponses aux stress. -La régulation de sS par le petit ARN régulateur DsrA: -DsrA réprime la traduction de l’ARNm H-NS à basse température. Figure 12.16 Repression and activation by the DsrA sRNA. (A) Domain 1 of the DsrA sRNA can bind to the 5′ region of the rpoS mRNA. This mRNA normally contains a structure that sequesters the Shine-Dalgarno (S-D) sequence and prevents rpoS translation. Binding of DsrA to the region of the RNA that would otherwise pair with the S-D sequence releases the S-D sequence and allows synthesis of σs. Binding requires the assistance of the Hfq protein. (B) Domain 2 of DsrA binds to the hns mRNA (also with the help of Hfq) to repress translation by direct sequestration of the S-D sequence.  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: régulation de la stabilité de sS  Les réponses aux stress. -La régulation de la réponse générale au stress chez E. coli: la régulation par le petit ARN 6S (6S RNA) -Ce petit ARN 6S a une structure qui ressemble fortement à un promoteur reconnu par s70. -Il s’accumule en phase stationnaire et séquestre les s70 dans la cellule, ce qui libère les ARN polymérases qui peuvent maintenant interagir avec sS pour activer la transcription des gènes de la réponse au stress. A. Trouver l’énoncé qui est faux au sujet la réponse générale au stress: A. Il n’y a aucune régulation transcriptionnelle de la synthèse de σS. B. Le petit ARN DsrA défait une structure secondaire qui emprisonne le S-D de l’ARNm de σS C. Le petit ARN DsrA masque le S-D de l’ARNm hns. D. Le petit ARN 6S interagit avec l’ARNm de σS pour permettre l’attachement de ce dernier à l’ARN polymérase. E. Aucune de ces réponses.  Les petits ARN régulateurs -Il est de plus en plus évident que les petits ARN régulateurs (sRNA) joue un rôle significatif dans la régulation des systèmes bactériens. -Ce type de régulation aussi appelé « riboregulation » peut survenir à plusieurs niveaux différents. -La majorité des sRNA identifiés fonctionnent en formant des paires de bases avec l’ARN qu’ils régulent.  Les petits ARN régulateurs -Certains agissent en cis, et sont encodés dans le brin opposé à celui qui sert de matrice pour la synthèse de l’ARN cible. Dans ce cas, leur séquence est 100% complémentaire à l’ARN cible (pas besoin de Hfq). Certains de ces sRNA peuvent inhiber la traduction (TIR est la cible), la terminaison de la transcription ou même contrôler la réplication de plasmides. -Cependant, la majorité des sRNA agissent en trans, car ils ne sont pas encodés dans la même région que leur ARN cible. Dans ce cas leur séquence n’est pas 100% complémentaire à leur ARN cible (Hfq nécessaire). De plus, dans la majorité des cas ils ont plusieurs cibles différentes (ARN différents). Les petits ARN régulateurs  Les petits ARN régulateurs Les sRNA qui agissent en trans: -par exemple: DsrA, MicF et RyhB qui régulent respectivement, rpoS, ompF et les gènes pour les protéines contenant du fer. -En interagissant avec leur ARN cible ils peuvent réguler l’expression génique de plusieurs façons: 1- inhibition de la traduction en interagissant avec TIR pour bloquer l’accès aux ribosomes (e.g. MicF sur ompF) 2-stimulation de la traduction en défaisant une structure secondaire qui emprisonne le TIR (DsrA sur rpoS).  Les petits ARN régulateurs Les sRNA qui agissent en trans: -Pour ces sARN agissant an trans les régions de complémentarité avec leur ARN cible sont courtes et interrompues par des mauvais appariements (mismatch). -À cause de cette courte région de complémentarité, ces sRNA peuvent réguler plus qu’un gène cible, avec différentes régions du sRNA interagissant avec différents ARN cibles (e.g. DsrA sur hns et rpoS).  Les petits ARN régulateurs La protéine Hfq: -Plusieurs de ces sRNA agissant en trans nécessitent la participation de la protéine Hfq pour interagir avec leur cible. -Cette protéine a été trouvée pour la première fois dans la réplicase du phage Qb qui est requise pour répliquer l’ARN génomique de ce petit phage (Hfq pour « host factor Qb »).  Les petits ARN régulateurs La protéine Hfq: -Cette protéine retrouvée chez plusieurs bactéries, est semblable à la protéine Sm qui interagit avec l’ARN et est impliquée dans l’épissage des ARN chez les eucaryotes. -C’est une protéine hexamérique (6 sous-unités) qui forme un anneau. -Elle agit comme chaperonne ARN et facilite l’interaction sRNA-ARN cible, même s’il y a très peu de complémentarité entre ces ARN.  Les petits ARN régulateurs Les sRNA de la famille CsrB: -Une classe très différente de sRNA inclut des petits ARN n’interagissant pas avec un ARN cible, mais plutôt avec une protéine cible dont ils modulent l’activité. -Par exemple, dans la famille CsrB de sRNA, les petits ARN ont une structure répétée avec plusieurs petits domaines en hélice qui miment le site d’interaction du répresseur CsrA (une protéine).  Les petits ARN régulateurs Les sRNA de la famille CsrB: -CsrA interagit normalement avec son ARN cible, impliqué dans l’entreposage du glycogène, en stabilisant une structure secondaire qui séquestre le TIR de cet ARN. -Quand le sRNA CsrB est produit, il interagit avec plusieurs copies de CsrA pour ainsi empêcher efficacement l’interaction de CsrA avec son ARN cible qui peut alors être traduit.  Les petits ARN régulateurs Les sRNA de la famille CsrB:  Les petits ARN régulateurs Le sRNA 6S: -Un petit ARN qui forme une structure semblable à un complexe ouvert d’ADN et inhibe les molécules d’ARN polymérase liées à s70 mais pas celles liées à sS. -Ceci a pour effet de faciliter la transition vers l’expression génique contrôlée par sS durant la phase stationnaire.  Les petits ARN régulateurs Le sRNA 6S:  Les petits ARN régulateurs Comment les identifier: -Les premiers sRNA ont été trouvés par accident lorsqu’ils inhibaient l’expression de gènes, quand ils étaient surproduits à partir d’un plasmide multicopie. Après de multiples expériences de délétion, la portion d’ADN responsable de l’inhibition était très courte et n’avait pas de cadres de lecture ouverts. -On peut maintenant identifier les sRNA (plus de 200 chez E. coli) par bioinformatique: on les retrouve surtout dans des régions intergéniques, ils ont des promoteurs et des terminateurs typiques et n’ont pas de cadres de lecture ouverts. -Les régions intergéniques conservées entre des bactéries apparentées (e.g. K. pneumoniae, Salmonella et E. coli), correspondent souvent à des sRNA. -On peut isoler les ARN qui interagissent avec la protéine Hfq pour identifier des sRNA. Trouver l’énoncé qui est vrai à propos des sRNA: A. Les séquences intergéniques conservées entre des espèces bactériennes apparentées codent souvent pour des sRNA. B. Les sRNA agissant en cis sont beaucoup plus nombreux que ceux agissant en trans. C. Tous les sRNA ont besoin de la protéine Hfq pour stabiliser leur interaction avec les ARN cibles. D. Le petit ARN CsrA interagit avec la protéine CsrB. E. Aucune de ces réponses.  Les réponses aux stress. -La réponse aux stress extra-cytoplasmiques (enveloppe): -Les membranes bactériennes sont les premières lignes de défense contre les stress de l’environnement. -Elles sont également particulièrement sensibles aux changements brusques d’osmolarité et aux agents nuisibles, tels que les toxines hydrophobiques, les heat-shock et les changements de pH. -C’est pourquoi plusieurs réponses aux stress sont reliés à l’état des membranes. On les appelle réponses aux stress extra-cytoplasmiques parce qu’elles répondent à des changements survenant à l’extérieur du cytoplasme.  Les réponses aux stress. -La pression osmotique: -Un des défis importants auquel la cellule doit souvent faire face est une modification de l’osmolarité, due à un changement de concentrations en solutés à l’extérieur de la cellule. -La pression osmotique est normalement plus élevée à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur. Cette pression entraîne l’entrée d’eau dans la cellule, et le gonflement de la cellule, mais la présence de la paroi cellulaire rigide peut limiter cette augmentation de la taille de la cellule, qui pourrait sinon mener à son éclatement.  Les réponses aux stress. -Effets de l’osmolarité sur l’intégrité de la cellule: plasmolyse  Les réponses aux stress. -La pression osmotique: -La paroi cellulaire n’est cependant pas invincible et les cellules doivent s’assurer que les différences de pression osmotique entre l’intérieur et l’extérieur ne soient pas trop élevées. -L’habileté de la cellule à sentir la pression osmotique dans son environnement peut être très importante pour une deuxième raison: les bactéries vont souvent sentir des changements dans leur environnement en détectant des variations dans la pression osmotique. -En fait, certaines bactéries vont sentir qu’elles sont à l’intérieur de leur hôte et alors induire l’expression de leurs gènes de virulence, lorsqu’elles détectent la pression osmotique très élevée retrouvée à l’intérieur de cet hôte.  Les réponses aux stress. -La pression osmotique: -Des mécanismes de régulation globale vont permettre à la cellule de détecter et de s’adapter aux changements de pression osmotique. -En accumulant ou en excrétant des ions potassium (K) ou d’autres solutés comme la proline ou la glycine bétaine (osmoprotecteurs), la cellule peut réguler les différences de pression osmotique entre l’extérieur et l’intérieur.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: -Un des mécanismes majeurs par lesquels les bactéries Gram- équilibrent la pression osmotique à travers la membrane externe est en synthétisant des pores pour permettre l’entrée et la sortie de solutés dans l’espace périplasmique. -Ces pores sont composés de protéines de la membrane externe appelées porines. -Trois sous-unités porines forment un trimère dans la membrane externe pour former des feuillets bêta avec les canaux du centre qui permettent sélectivement le passage de molécules hydrophiles au travers de la membrane externe, qui est très hydrophobe.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: :molécules hydrophiles  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: -Les deux porines principales chez E. coli sont OmpC et OmpF. -Les pores composés de OmpC sont plus petits que les pores composés de OmpF. - La taille des pores peut déterminer quels solutés peuvent passer au travers de la membrane externe et peut donc conférer une protection dans certaines conditions environnementales.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: -Par exemple: les plus petits pores (OmpC) peuvent empêcher l’entrée de composés toxiques tels que les sels biliaires dans l’intestin, alors que les pores plus larges (OmpF) peuvent permettre l’entrée plus rapide de solutés et donc conférer un avantage dans des environnements aqueux dilués. -En conséquence, les cellules se multipliant dans un environnement de pression osmotique élevée (intestin humain) ont plus de OmpC que de OmpF, alors que les cellules se multipliant dans un environnement de faible pression osmotique (solutions aqueuses diluées) ont plus de OmpF que de OmpC. Trouver l’énoncé qui est faux concernant la pression osmotique: A. Une forte augmentation de la pression osmotique peut entraîner la plasmolyse. B. La glycine-bétaine et la proline agissent comme osmoprotecteurs. C. OmpC produit de plus petits pores que OmpF. D. La réponse au choc osmotique est une réponse au stress extra- cytoplasmique. E. Aucune de ces réponses.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: -Des facteurs environnementaux autres que l’osmolarité peuvent également altérer le ratio OmpC/OmpF. Ce ratio augmente à des températures et des pH élevés, en présence d’un stress oxydatif dû à l’accumulation de formes réactives de l’oxygène, en présence de solvants organiques tel que l’éthanol ou en présence de certains antibiotiques et certaines toxines. -D’autres conditions peuvent causer une diminution de la concentration de OmpC et OmpF simultanément. -Pour faire face à ces changements de l’environnement, les gènes ompC et ompF sont sous le contrôle de différents régulons qui répondent à différents stress externes.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par EnvZ et OmpR: -Le système le mieux caractérisé qui contrôle la synthèse de OmpC et OmpF est le système à deux composantes, EnvZ et OmpR. -L’isolation de mutants déficients dans la régulation de la synthèse des porines a été grandement facilité par le fait que certaines porines sont des récepteurs de phages ou de bactériocines. Cela permet une sélection facile de mutants qui est basée sur leur habileté à former des colonies sur un milieu solide contenant le phage ou la bactériocine correspondant.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par EnvZ et OmpR: -En utilisant une telle approche, des mutants ayant une quantité réduite de OmpF dans leur membrane externe furent initialement isolés. Des mutations furent localisées à deux endroits différents qui furent nommés ompF et ompB. -Comme les mutations dans ompF pouvaient complètement bloquer la synthèse de OmpF, alors que les mutations dans ompB ne bloquaient la synthèse de OmpF que partiellement, il fut conclu que le locus ompF était le gène de structure de OmpF alors que le locus ompB, composés de deux gènes nommés plus tard envZ et ompR, était requis pour l’expression de ompF. -En utilisant des fusions de lacZ à ompF pour mesurer la transcription de ompF, il fut confirmé que EnvZ et OmpR était  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par EnvZ et OmpR: -Le séquençage de envZ et ompR démontra une forte homologie de séquence de EnvZ et OmpR avec respectivement NtrB et NtrC. Il fut donc conclu que EnvZ/OmpR constituait un système à deux composantes dans lequel EnvZ est le senseur membranaire et OmpR est le régulateur transcriptionnel. -Le modèle: le niveau de phosphorylation de EnvZ est plus élevé en présence d’une osmolarité élevée et le phosphate est alors transféré à OmpR. Si les niveaux de OmpR-P sont élevés, la transcription de ompC est activé alors qu’un faible niveau de OmpR-P favorise la transcription de ompF.  Les réponses aux stress. La régulation de la synthèse de porines par EnvZ et OmpR: ompC activé, ompF réprimé ompF activé, ompC non-activé  Les réponses aux stress. -Mutations dans envZ et ompR: -Les mutations null envZ ou ompR empêchent la transcription de ompC mais permettre un faible niveau d’expression de ompF. Ce résultat indique que EnvZ de même que OmpR-P sont requis pour l’expression des deux gènes de porines. -Alors comment expliqué que des niveaux plus élevés de OmpR-P (haute pression osmotique) favorisent la transcription de ompC alors que de faibles niveaux de OmpR-P (faible pression osmotique) favorisent l’expression de ompF, bien que les deux gènes requièrent la phosphorylation de OmpR pour être actifs? -La régulation s’effectue via l’interaction de OmpR-P avec plusieurs sites régulateurs en amont de ompC et ompF ayant différentes affinités. Ces interactions peuvent réprimer ou activer La régulation de la synthèse de porines par EnvZ et OmpR: Trouver l’énoncé qui est vrai concernant la régulation de l’expression des porines: A. Le ratio OmpF/OmpC augmente lorsque la température ou la pression osmotique augmente. B. L’absence de EnvZ/OmpR inhibe l’expression d’ompC mais permet l’expression d’ompF à un niveau élevé. C. Un niveau suffisamment élevé de phosphorylation de OmpR permet l’expression d’ompC, mais inhibe l’expression d’ompF. D. La présence d’antibiotiques stimule l’expression d’ompF. E. Aucune de ces réponses.  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par le sRNA MicF: -Comme mentionné précédemment, le ratio OmpC/OmpF n’augmente pas seulement quand l’osmolarité augmente, mais aussi quand la température et le pH augmente ou quand des composés toxiques, incluant des formes actives de l’oxygène, l’oxyde nitrique ou des solvants organiques comme l’éthanol sont présent dans le milieu de culture. -Comment expliquer la régulation du ratio OmpC/OmpF par ces conditions environnementales? Une possibilité est que la bactérie utilise la température et le pH comme signaux pour indiquer que l’eau dans laquelle elle vit, vient d’être ingérée par un vertébré, et que la bactérie va se retrouver rapidement dans l’intestin du vertébré (forte pression osmotique). -Les porines devront alors être régulées pour combattre  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par le sRNA MicF: -La régulation de la synthèse des porines par ces autres formes de stress est principalement effectuée par le petit ARN MicF. -Le sRNA MicF a été un des premiers petits ARN régulateurs à avoir été découvert. -Il a été découvert par chance car il est adjacent au gène ompC (Il est transcrit de manière divergente). Il fut d’abord observé qu’un plasmide multicopie portant un fragment d’ADN avec ompC, inhibait l’expression de ompF. La première conclusion fut que OmpC inhibait ompF. ompCCependant desmicFexpériences de délétions démontrèrent que le responsable deInhibition l’inhibition ompFétait un petit ARN sans cadre de lecture ouvert. + Ce petit ARN fut nommé MicF pour (multicopy inhibitor of - OmpF).  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par le sRNA MicF: -MicF, avec l’aide de Hfq interagit avec le TIR de l’ARNm ompF pour ainsi inhiber sa traduction. -Le niveau cellulaire de MicF augmente dans certaines conditions car le promoteur de micF contient des sites d’attachements pour plusieurs activateurs de transcription. -Ces activateurs agissent indépendamment les uns des autres et chacun d’eux répond à un signal spécifique de l’environnement. -SoxS: stress oxydatif; MarA: acides faibles et certains antibiotiques; Rob: peptides antimicrobiens. -Des niveaux élevés de OmpR-P peuvent également activer le promoteur de micF pour coordonner l’inhibition de la traduction  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines par le sRNA MicF:  Les réponses aux stress. -La régulation de la synthèse de porines: -Le sRNA MicC, avec l’aide de Hfq interagit avec le TIR de l’ARNm ompC pour ainsi inhiber sa traduction. -Plusieurs sRNA contrôlent la synthèse des porines chez les bactéries. -La régulation de la synthèse des porines par l’osmolarité et d’autres signaux de l’environnement est centrale pour la survie des cellules, ce qui explique pourquoi elle est si compliquée et implique la participation de plusieurs systèmes et molécules régulatrices. La régulation de la synthèse de porines par des sRNA Trouver l’énoncé qui est faux à propos de micF ou micC: A. micF régule l’expression de ompF en fonction de la température et d’autres facteurs de l’environnement. B. micF, avec l’aide de Hfq, interagit avec l’ARNm ompF pour masquer son TIR. C. micC, avec l’aide de Hfq, interagit avec l’ARNm ompC pour inhiber sa traduction. D. micF permet d’augmenter le ratio OmpC/OmpF, ce qui empêche l’accumulation de sels biliaires dans le cytoplasme. E. Aucune de ces réponses.  La régulation du fer chez E. coli. -Le fer est un élément essentiel pour les bactéries et pour l’humain. -Plusieurs enzymes utilisent le fer comme catalyseur dans leur centre actif. -Plusieurs régulateurs transcriptionnels tel que FNR qui régulent les gènes pour le métabolisme anaérobique, utilisent le fer comme détecteur du niveau d’oxygène (Un complexe FNR- [4Fe-4S]2+ est déstabilisé par l’oxygène). L’hème de la chaîne respiratoire utilise le fer pour transporteur d’oxygène. -Cependant, trop de fer peut être également très dommageable pour la cellule et requiert une réponse au stress. -Le fer catalyse la conversion du peroxyde d’hydrogène et d’autres formes réactives de l’oxygène en radicaux hydroxyls libres, la forme la plus mutagène de l’oxygène.  La régulation du fer chez E. coli. -Le fer existe sous deux formes dans l’environnement: l’état ferrique (Fe3+) et l’état ferreux (Fe2+). -Le fer ferrique forme des composés très insolubles qui ne sont pas très utilisables par les bactéries et les autres organismes. -Parce que l’oxygène convertit rapidement le fer ferreux en fer ferrique, la majorité du fer en condition aérobique existe sous la forme ferrique insoluble. -En conséquence, plusieurs bactéries sécrètent des protéines appelées sidérophores qui interagissent avec le fer ferrique pour le transporter dans le cytoplasme (atmosphère de réduction) où il peut être converti en fer ferreux. -Les sidérophores sont synthétisées et sécrétées seulement si le fer est limitant pour éviter l’effet dommageable d’un excès de fer dans la cellule. Régulation très  La régulation du fer chez E. coli. -Il y a trois mécanismes de base chez E. coli et la majorité des autres bactéries pour réguler les gènes impliqués dans le métabolisme du fer: 1- Le système Fur, qui utilise un répresseur interagissant avec l’ADN et qui régule l’initiation de la transcription 2- Le sRNA appelé RyhB, qui est régulé par Fur et stimule la dégradation d’ARNm cibles. 3- L’enzyme acotinase du cycle des acides tricarboxyliques (TCA) qui est une protéine interagissant avec le fer et qui peut fonctionner comme répresseur de la traduction.  La régulation du fer chez E. coli. -Le système Fur: -Le protéine Fur est un répresseur classique avec un domaine de type « helix-turn-helix » dans son extrémité N-terminale, un domaine de dimérisation à son extrémité C-terminale et un domaine d’interaction avec l’effecteur (fer ferreux) dans le milieu. -Quand le fer ferreux est en excès, il agit comme co-répresseur en interagissant avec l’apo-répresseur Fur pour changer sa conformation et lui permettre d’interagir avec une séquence opérateur appelée « boîte Fur », qui chevauche la séquence -10 des promoteurs s70-dépendants qu’il régule. -De cette façon le répresseur Fur bloque l’accès de l’ARN polymérase aux promoteurs et réprime la transcription des gènes du régulon Fur.  La régulation du fer chez E. coli. -Le système Fur: -S’il n’y pas assez de fer ferreux, le répresseur est sous la forme apo- répresseur et ne peut alors interagir avec la séquence opérateur. Il ne peut donc bloquer la transcription des gènes du régulon. -La transcription des gènes sous le contrôle de Fur, incluant des gènes pour les sidérophores et des transporteurs de fer dans la membrane (appelée « iron assimilation proteins ») est donc élevée quand il y a peu de fer ferreux, et réprimée quand la quantité de fer ferreux est élevée. -Le régulon Fur est très conservé chez les bactéries Gram-.  La régulation du fer chez E. coli. -Le système Fur:  La régulation du fer chez E. coli. -Le sRNA RyhB: -Alors que certains gènes sont réprimés quand le fer est en excès, d’autres gènes sont activés. -Ces gènes activés incluent la protéine ferritine d’entreposage du fer et plusieurs autres protéines qui contiennent le fer, comme l’acotinase A (AcnA), une enzyme du TCA qui contient du fer, et une superoxide dismutase qui contient du fer et qui détruit les peroxydes dans la cellule avant qu’ils puissent être convertis en radicaux hydroxyls par le fer, etc. -La concentration de ces protéines augmente et diminue respectivement en excès et en pénurie de fer ferreux mais seulement dans des cellules Fur+.  La régulation du fer chez E. coli. -Le sRNA RyhB: -Il fut donc proposé que Fur pouvait agir comme répresseur et comme activateur. Cependant, il a été démontré que l’activation par Fur n’est pas un effet direct de Fur sur les gènes activés, mais survient plutôt via l’action d’un sRNA nommé RyhB. -RhyB inhibe l’expression des gènes sous son contrôle, qui sont des gènes qui répondent au fer ferreux dans la cellule. -En présence d’excès de fer ferreux, Fur réprime la synthèse de RyhB et la répression des gènes sous le contrôle de RyhB est donc empêchée, ce qui cause une augmentation de l’expression des gènes qui répondent au fer ferreux.  La régulation du fer chez E. coli. -Le sRNA RyhB: -La séquence de RyhB est partiellement complémentaire à des séquences proches de l’extrémité 5’ des ARNm qu’il régule. -Avec l’aide de Hfq, cette complémentarité permet à RyhB d’interagir avec ses ARNm cibles. -L’interaction entre RyhB et l’ARN cible forme une structure double-brin reconnue par la RNase E, ce qui mène à la dégradation des deux ARN. -De cette façon, lorsque la quantité de fer ferreux est limitante, il peut être réservé pour les enzymes essentiels qui contiennent du fer, incluant la ribonucléotide réductase. Fur et le sRNA RyhB  La régulation du fer chez E. coli. -La régulation par l’enzyme acotinase: -Un double rôle pour l’acotinase a été découvert en premier chez les eucaryotes durant l’étude de protéines appelés « iron- responsive protein » (IRP). -Quand le fer est limitant, les IRPs interagissent avec l’ARNm de protéines impliquées dans le métabolisme du fer. Ils peuvent soit inhiber la traduction en interagissant avec le TIR (côté 5’), ou peuvent augmenter l’expression d’ARNm en interagissant avec l’extrémité 3’ de l’ARNm pour le stabiliser. -En général, les IRPs inhibent la traduction de protéines telles que les ferritines qui sont nécessaires seulement quand la quantité de fer est élevée et stimulent la synthèse de protéines telles que des transporteurs ou d’autres protéines requises lorsque le fer est limitant. -Les séquences reconnues par les IRPs sont hautement  La régulation du fer chez E. coli. -La régulation par l’enzyme acotinase: -Quand les IRPs ont été purifiées et séquencées on a alors découvert qu’il s’agissait d’acotinases (citrate vers isocitrate dans le TCA). Cette enzyme contient du fer et est sensible à l’oxygène. -AcnA de E. coli est une acotinase qui contient du fer et son gène est réprime par RyhB. -AcnB est l’autre acotinase de E. coli et est l’acotinase principale en phase exponentielle et elle est plus sensible à l’oxygène. -AcnB régule la traduction et la stabilité d’ARNm impliqués dans le métabolisme du fer en réponse à une pénurie de fer, d’une manière très semblable à l’acotinase des eucaryotes. Trouver l’énoncé qui est faux concernant la régulation du fer chez E. coli: A. Trop de fer ferreux dans la cellule peut causer des dommages oxydatifs aux macromolécules. B. Le sRNA RyhB inhibe l’expression de gènes codant pour des protéines non- essentielles qui interagissent avec le fer ferreux. C. Le complexe Fur-fer ferrique réprime l’expression de ryhB. D. AcnB régule la traduction et la stabilité d’ARNm impliqués dans le métabolisme du fer. E. Aucune de ces réponses.