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Micalis

Développement des cellules procaryotes

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Responsable: Dr. Rut Carballido-López

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Projet de recherche

La question qui sous-tend l’ensemble de nos recherches est : comment les cellules maintiennent-elles une forme particulière ? Quels sont les mécanismes pour faire et maintenir, par exemple, une forme de tube plutôt qu’une boule (et pourquoi pas une forme étoilée ?)? Notre but ultime est donc de comprendre les mécanismes fondamentaux à la base de cet aspect capital du développement cellulaire. Nous utilisons pour cela la bactérie modèle Bacillus subtilis, en nous focalisant sur des protéines clefs de ce processus formant ce qu’on appelle le cytosquelette bactérien, et tout particulièrement les protéines homologues de l’actine (MreB).

Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d’approche génétique, génomique, transcriptomique, biochimique, biophysique, microscopique, bioinformatique et de modélisation. Nous espérons résoudre ces questions fondamentales à l’aide d’une approche largement pluridisciplinaire grâce à de nombreuses collaborations, sur site mais également en Europe ainsi qu’aux EU.

Le cytosquelette est un élément clef de la forme des bactéries, qui contrôle l’homéostasie de leur paroi, mais qui est aussi suspecté de jouer un rôle important dans de nombreux autres processus cellulaires. Par conséquent nos objectifs sont de découvrir le rôle de MreB dans divers processus comme la morphogenèse, la division cellulaire, la virulence, la polarité, la motilité et la sécrétion ; d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans ces processus et d’élucider les facteurs qui contrôlent la biogenèse de la paroi de la cellule bactérienne.

Plusieurs projets sont actuellement en cours au laboratoire :

MreBs : de l’activité biochimique à la fonction biologique

- Les protéines MreBs sont des homologues structuraux de l’actin eucaryote. Cependant leurs propriétés enzymatiques sont largement inconnues et le parallèle qui avait été fait avec les actines semble de moins en moins justifié. Nous réalisons actuellement une analyse biochimique complète de différentes protéines MreBs afin de mettre en évidence leurs propriétés intimes.

- Une grande quantité d’information a pu être collectée grâce aux approches cellulaires, particulièrement dans le domaine de l’actine bactérienne. En utilisant des techniques de microscopie avancées (comme le TIRFM), nous revisitons la localisation et le comportement de protéines MreB recombinantes fluorescentes (GFPs). Récemment, nous avons ainsi montré par TIRFM la dynamique surprenante de ces protéines chez 3 espèces bactériennes, et apportés des éléments suggérant entre autre que leur mouvement est imprimé par les machineries synthétisant la paroi cellulaire (Dominguez, 2011).

- les protéines MreB semblent s’imbriquer dans des complexes multiprotéiques, impliqués dans différents processus cellulaire. Afin de mettre en évidence les partenaires des ces protéines ainsi que les voies dans lesquelles elles sont impliquées, nous réalisons des sélections génétiques et biochimiques à large spectre afin de mettre en évidence les interactions protéines-protéines. Ces approches ont déjà livré plusieurs pistes prometteuses en cours d’investigation.

Morphogenèse de la paroi : du control par MreB à la structure 3D

- La complexité des processus influencés par les protéines MreB et le large nombre d’acteur qu’ils impliquent nous ont conduis à utiliser une approche systémique. Les données sont collectées par des méthodes « omiques » et analysées avec des outils mathématiques dédiés développés en collaboration.

-La synthèse de la paroi cellulaire est un processus complexe au sein duquel la génétique ainsi que les facteurs physiques et mécaniques s’entrecroisent dans un jeu d’influence compliqué encore largement incompris. Nous abordons ce problème en réalisant, en collaboration, un model mathématique dynamique simplifié de la structure de la paroi et de sa synthèse, afin de comprendre, entre autre, comment les contraintes physiques et génétique sculptent la paroi.

-Nous déterminons les propriétés physico-chimiques de la surface de la cellule bactérienne grâce à l’analyse de l’organisation structurale et de la composition des constituants de la paroi. Pour cela nous collaborons avec plusieurs équipes en Europe et aux EU pour 1- analyser sa composition chimique et 2- étudié par des techniques d’imagerie à haute résolution la structure de la surface et les propriétés physiques de l’enveloppe bactérienne.

10-07-19 wt vs Dmbl

Les protéines MreBs contrôlent l’acquisition et le maintient de la forme des cellules bactériennes. Ici, Bacillus subtilis observé par MEB (microscopie électronique à balayage). A gauche, les cellules sauvages, à droite les cellules mutantes pour le gène mbl (un des trois gènes paralogues spécifiant MreB).

Marseille partial - Mbl Time Series 5sec 300ms B

Collaborations externes principales:

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