Etude fonctionnelle du génome de Bacillus subtilis : de nouvelles régulations transcriptionnelles du métabolisme central du carbone.
Résumé
In Bacillus subtilis, the transcription of the gapA operon, including the genes of the central part of glycolysis, is stimulated during growth on glycolytic carbon sources. Our in vivo and in vitro studies of CggR, the repressor that controls this stimulation, have demonstrated on one hand that it is able to bind a long single DNA sequence made of two directly repeated motifs (CGGGACN6TGTCN4CGGGACN6TGTC) and located between the promoter and the translation codon of the cggr-gapA operon and on the other hand that its activity is modulated by fructose-1,6-bisphosphate. Sequence analysis and array hybridization indicated that CggR, which is highly conserved in Gram positive bacteria and defines a subfamily of the SorC/DeoR family of transcriptional regulators, is dedicated to the control of the glycolytic genes. A collaboration with structural biologists (CBS, Montpellier) has been engaged to further study this prototype of a not well known sub-family of transcriptional regulators. Two groups of paralogous genes have been detected on Bacillus subtilis chromosome (ywkA et malS, ytsJ and mleA) which products are homologous to malic enzymes. Global transcriptome analysis of a wild-type strain in response to growth in the presence of glucose or malate as sole carbon source has revealed that ywkA expression is induced in the presence of malate. Our experiments have demonstrated that ywkA encodes a NAD-dependent malic enzyme and that its expression is specifically induced by malate and is not subjected to carbon catabolite repression. Moreover, the YufL/YufM two component system has been demonstrated to directly activate ywkA transcription in response to the presence of malate. However, YwkA is not required for efficient growth on malate as sole carbon source. Actually, transcriptome study using macroarray technique is available for our laboratory. Hence, we have started the global comparison of genes expression profile in response to different carbon sources.
Chez Bacillus subtilis, la transcription de l'opéron gapA, comprenant les gènes de la partie centrale de la glycolyse, est stimulée en présence de sources de carbone glycolytiques. Nos études in vivo et in vitro de CggR, le répresseur qui contrôle cette stimulation, ont démontré d'une part que celui-ci a la capacité de se lier à une séquence d'ADN inhabituellement longue, consistant en une répétition directe de deux motifs (CGGGACN6TGTCN4CGGGACN6TGTC) et située entre le promoteur et le codon d'initiation de l'opéron cggR-gapA, et d'autre part que son activité est inhibée par le fructose-1,6-biphosphate. Des analyses de séquence et des expériences de transcriptome ont indiqué que CggR, qui est très conservé chez les bactéries à Gram positif et qui définit une sous-famille de la famille de régulateurs transcriptionnels SorC/DeoR, est spécialisé dans le contrôle des gènes de la glycolyse. Ainsi, une collaboration a été engagée avec des structuralistes (CBS, Montpellier) pour aller plus loin dans la connaissance de ce prototype d'une famille encore peu connue de régulateurs. Deux paires de gènes paralogues ont été détectés dans le génome (ywkA et malS, ytsJ et mleA) dont les produits sont homologues à des enzymes maliques. L'analyse transcriptomique globale d'une souche sauvage cultivée en présence de glucose ou de malate comme seule source de carbone montre que l'expression d'ywkA est induite en présence de malate. En collaboration avec l'équipe de Y. Fujita, nous avons montré qu'ywkA codait bien une enzyme malique NADdépendante dont l'expression est spécifiquement induite par le malate extracellulaire et insensible à la répression catabolique. De plus, nous avons montré que le système à deux composants YufL-YufM active directement la transcription d'ywkA en présence de malate. Cependant, YwkA n'est pas requis pour la croissance en présence de malate comme seule source de carbone. La technique d'analyse du transcriptome au moyen de membranes à haute densité est maintenant acquise au laboratoire. Nous avons commencé à mettre à profit cet outil pour une étude globale de l'expression génique en fonction de différentes sources de carbone.