Une structure complexe de partition peut résulter du glissement et du pontage des dimères ParB

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4567 (2023) Citer cet article

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Chez de nombreuses bactéries, la ségrégation chromosomique nécessite l'association de ParB à la région centromérique contenant parS pour former le complexe de partition. Cependant, la structure et la formation de ce complexe restent floues. Récemment, des études ont révélé que la liaison au CTP permet aux dimères ParB de glisser le long de l'ADN et de condenser la région centromère grâce à la formation de ponts d'ADN. À l’aide de simulations de polymères semi-flexibles, nous démontrons que ces propriétés peuvent expliquer la formation de complexes de partition. Les ponts ParB transitoires organisent l'ADN en états globulaires ou en épingles à cheveux et structures hélicoïdales, en fonction de la durée de vie du pont, tandis que des simulations distinctes montrent que le glissement de ParB reproduit le profil de liaison à plusieurs pics observé chez Caulobacter crescentus. En combinant glissement et pontage dans un modèle unifié, nous constatons que les ponts ParB de courte durée n’empêchent pas le glissement et peuvent reproduire à la fois le profil de liaison et la condensation du complexe nucléoprotéique. Dans l’ensemble, notre modèle élucide le mécanisme de formation du complexe de partition et prédit sa structure fine.

Une ségrégation fidèle des chromosomes est essentielle à la réplication efficace des cellules. Pour cela, les chromosomes bactériens et les plasmides à faible nombre de copies utilisent des systèmes de partitionnement actifs, le système ParABS étant l'un des plus répandus1,2,3. Ce système se compose de trois composants : des séquences parS de type centromérique et deux protéines, ParB qui forme des dimères qui se lient spécifiquement à la séquence parS, et ParA, une ATPase dont l'activité est stimulée par ParB4,5.

ParB se propage à plusieurs kilobases d’ADN entourant les sites parS, qui chez les bactéries sont concentrés à proximité de l’origine de réplication6. Cette diffusion est essentielle au fonctionnement de ces systèmes, même si le degré de diffusion varie considérablement d'un système à l'autre7,8,9,10,11,12,13. Dans tous les cas, on pense que le résultat est un complexe nucléoprotéique, le complexe de partition, clairement visible en microscopie à fluorescence. À l’origine, il était proposé que la propagation soit due à la formation d’un filament nucléoprotéique s’étendant à partir du site parS7,8,14. Cependant, il a été démontré par la suite qu’il existe trop peu de protéines ParB pour former des structures aussi grandes10. Au lieu de cela, il a été découvert in vitro que ParB condensait l’ADN par liaison non spécifique à l’ADN et formation de ponts protéiques10,15,16,17,18,19.

Ces résultats ont motivé des études de modélisation de la formation de complexes de partition. En particulier, le modèle de propagation et de pontage a proposé que le complexe de partition se forme grâce à une combinaison d'interactions de pontage à longue portée (3D) et de voisin le plus proche (1D) à courte portée. Cependant, ce modèle a ensuite été jugé incompatible avec le profil de liaison de ParB du plasmide F11. Au lieu de cela, il a été proposé que le profil observé soit dû à la mise en cage spatiale de ParB autour du site de nucléation parS, en raison d'interactions non spécifiques et transitoires, ainsi qu'à la nature polymère de l'ADN . Ce modèle peut également être compris comme la limite de faible étalement du modèle d’étalement et de pontage23.

Récemment, il a été démontré que ParB présente une activité CTPase dépendante de parS, nécessaire à la formation et à la dynamique correctes du complexe de partition . Il a été démontré que les dimères ParB liés au CTP se chargeaient et englobaient l'ADN au niveau des sites parS, puis glissaient le long du brin d'ADN avant de finalement se dissocier. Il a également été démontré in vitro que la liaison du CTP permet au pontage de ParB de se produire à des concentrations physiologiques (beaucoup inférieures à celles requises en l'absence de CTP10,15) et conduit à une condensation efficace de l'ADN29,30. Ces résultats modifient fondamentalement notre compréhension de la formation du complexe de partition et suggèrent que les modèles précédents doivent être réévalués. En particulier, aucune étude de modélisation n'a encore fourni un cadre unifié pour le glissement et le pontage des dimères ParB. Le glissement de ParB peut également avoir une pertinence supplémentaire pour les systèmes ParABS chromosomiques, qui ont généralement plusieurs sites parS génomiquement séparés et, par conséquent, plus d'un pic dans le profil de liaison de ParB9,10,12,13,21,31,32,33, 34, mais présentent pourtant un seul complexe de partition visible par origine dans les cellules de type sauvage 10,35.