Équipe
Responsable d’équipe : Polard Patrice
Présentation
L’équipe « Compétence et transformation du pneumocoque » étudie tous les aspects de la compétence et de la transformation génétique chez le pathogène humain Streptococcus pneumoniae (le pneumocoque). La compétence pneumococcique est un programme génétique transitoire induit en réponse à divers stress, notamment les antibiotiques. Elle favorise le transfert horizontal de gènes par transformation et confère d’autres propriétés aux cellules. La transformation implique la capture d’ADN exogène, son internalisation sous forme de brins simples et son intégration dans le chromosome du receveur par recombinaison homologue, un processus dirigé par la recombinase RecA. Ce mécanisme, répandu chez les bactéries, facilite l’acquisition de nouveaux traits génétiques. Chez le pneumocoque, la transformation contribue à la propagation de la résistance aux antibiotiques et à l’échappement vaccinal.
Notre équipe combine génétique moléculaire et biologie cellulaire pour étudier ces processus. Nos projets actuels portent sur :
– La dissection fonctionnelle du mécanisme de transformation.
– L’analyse de la dynamique du génome pendant la compétence.
– Le rôle de la compétence dans l’hétérogénéité phénotypique du pneumocoque et des espèces apparentées.
– Le mécanisme d’action de la bactériocine RumC1.
Ces travaux nous permettent de mieux comprendre ces processus essentiels et leur intégration dans le mode de vie du pneumocoque.
Projet 1
La transformation est un mécanisme conservé de transfert latéral d’ADN et de recombinaison, favorisant l’acquisition de nouveaux traits génétiques. Elle implique la capture d’ADN exogène, suivie de son import en forme simple brin (ssADN) et de son intégration dans le chromosome par recombinaison homologue (HR) dirigée par RecA. Bien que les protéines impliquées dans la transformation soient désormais en grande partie identifiées, les mécanismes moléculaires à l’œuvre restent encore mal caractérisés. Ce projet vise à approfondir notre compréhension de la manière dont les protéines impliquées dans la transformation interagissent pour assurer la capture et l’intégration de l’ADN. Les objectifs de ce projet sont les suivants :
– Utiliser la modélisation structurale in silico et des tests fonctionnels pour étudier comment le pore transmembranaire ComEC se coordonne et interagit avec des protéines situées de part et d’autre de la membrane afin d’assurer une importation efficace de l’ADN simple brin transformant. Ce travail est réalisé en collaboration avec Raphaël GUEROIS et Jessica ANDREANI (I2BC, Paris).
– Étudier la maturation de la structure en D-loop générée lors de l’intégration dans le chromosome du receveur. Il s’agit de mettre en lumière les rôles des protéines de recombinaison dirigeant ces réactions terminales de recombinaison et la façon dont elles sont coordonnées pour permettre l’intégration chromosomique de l’ADN transformant. Ce travail est réalisé en collaboration avec Xavier Charpentier (CIRI, Lyon).
Projet 2
La compétence est un état physiologique transitoire qui reprogramme les cellules avec de nouvelles propriétés. La manière dont la compétence est intégrée au cycle cellulaire et influence la dynamique du génome reste mal comprise. Ce projet vise à élucider comment l’état de compétence affecte le génome à plusieurs niveaux :
– Le mécanisme de recombinaison homologue dirigé par RecA est central et commun à la fois à la maintenance du génome et à la transformation. Nous cherchons à comprendre comment ces deux voies de recombinaison homologue sont gérées ensemble pendant la compétence, ainsi que les mécanismes impliqués dans leur coordination spatio-temporelle.
– Une voie de modulation de la compétence implique un système toxine-antitoxine, où la toxine cible la protéine de réplication DnaN. Nous explorons les mécanismes contrôlant ce système toxine-antitoxine en collaboration avec Patricia BORDES et Pierre GENEVAUX (CBI, Toulouse).
– Nous avons récemment révélé que certaines protéines sont phosphorylées pendant la compétence, y compris des effecteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. Cet axe explore l’effet global de la compétence et la phosphorylation protéique sur l’architecture du génome. Ce travail est réalisé en collaboration avec Christophe GRANGEASSE (MMSB, Lyon) et Romain KOZUL (Institut Pasteur, Paris).
Projet 3
Nous avons récemment démontré que la compétence favorise une tolérance altérée à divers antibiotiques. Un délai transitoire de division, médié par la protéine de compétence ComM, est clé pour ce phénotype, offrant aux populations le temps de surmonter le stress via des mécanismes spécifiques au stress, augmentant ainsi leur survie. Cette découverte positionne la compétence comme une réponse générale au stress, et ce projet vise à approfondir la compréhension des liens entre compétence et tolérance aux antibiotiques en :
– Utilisant une souche de laboratoire de référence pour explorer les mécanismes sous-jacents de la tolérance médiée par la compétence à des stress antibiotiques spécifiques .
– Explorant le changement métabolique qui survient dans les cellules compétentes et le reliant au phénotype de tolérance médiée par la compétence. Ce travail est mené en collaboration avec Stéphanie HEUX (TBI) et deux plateformes Genotoul associées (Get et MetaToul).
– Dévoilant la conservation de la tolérance médiée par la compétence dans des isolats cliniques de pneumocoques, y compris des lignées multi-résistantes aux antibiotiques et d’autres espèces pathogènes streptococciques, dont beaucoup développent la compétence par un mécanisme de régulation différent. Ce travail est mené en collaboration avec S. LO (Université de Bath) et P. HOLS (Université catholique de Louvain).
Projet 4
RumC1 est une bactériocine codée par Ruminococcus gnavus, un membre du microbiote intestinal humain. Elle présente une activité bactéricide contre un large spectre de bactéries, incluant le pneumocoque et des souches pathogènes cliniques multi-résistantes aux antibiotiques. RumC1 est exceptionnellement résistante au complément humain, à des températures élevées et à des pH extrêmes, ce qui en fait une candidate prometteuse pour la conception d’un nouvel antibiotique. Cette perspective ambitieuse nécessite la caractérisation de son mécanisme de destruction et de son site cible spécifique. Nous avons entrepris l’étude moléculaire du mode d’action de RumC1 chez S. pneumoniae, en combinant les approches génétiques, biochimiques et de biologie cellulaire que nous avons développées pour caractériser les rôles encore inconnus de protéines impliquées dans la compétence ou la transformation. Nous menons cette caractérisation moléculaire du mode d’action de RumC1 en collaboration avec V. DUARTE (LBCM, Grenoble) et C. MORLOT (IBS, Grenoble).
– De Lemos D, Soulet AL, Morales V, Bergé MJ, Polard P, Johnston CHG. Competence induction of homologous recombination genes protects pneumococcal cells from genotoxic stress. mBio. 2025 Jan, 8;16(1).
– Structural insights into the mechanism of DNA branch migration during homologous recombination in bacteria. Rosa LT, Vernhes E, Soulet AL, Polard P, Fronzes R. EMBO Journal, 2024 43 :6180-6198.
– Johnston CHG, Prudhomme M, Soulet AL, Boyeldieu A, De Lemos D, Campo N, Polard P. Pneumococcal competence is a populational health sensor driving multilevel heterogeneity in response to antibiotics. Nat Commun. 2024 Jul 10;15(1):5625.
– Maziero M, Lane D, Polard P, Bergé M. Fever-like termperature bursts promote competence development via an HtrA-dependent pathway in Streptococcus pneumoniae. PLoS Genet 2023 Sep 12;19(9).
– Assembly mechanism and cryoEM structure of RecA recombination nucleofilaments from Streptococcus pneumoniae. Hertzog M, Perry T, Dupaigne P, Serres S, Morales V, Soulet AL, Bell J, Margeat E, Kowalczykowski S, Le Cam E, Fronzes R, Polard P. Nucleic Acid Research, 2023 Apr 11;51(6):2800-2817.
– The RecA-directed recombination pathway of natural transformation initiates at chromosomal replication forks in Streptococcus pneumoniae. Johnston CHG, Hope R, Soulet AL, Dewailly M, De Lemos D, Polard P. PNAS. 2023 Feb 21;120(8).
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