Une étude, dont les résultats intitulés «Post-replicative pairing of sister ter regions in Escherichia coli involves multiple activities of MatP» ont été publiés dans la revue Nature communications, a permis, en s’appuyant sur une approche multi-échelle, moléculaire et cellulaire de montrer comment la protéine MatP d’Escherichia coli contrôle l’appariement des chromosomes par ses différentes activités.

Relevons tout d'abord que «l’appariement des chromosomes est une étape cruciale à la bonne transmission du matériel génétique qui permet aux paires de chromosomes néosynthétisés de se reconnaître avant d’être ségrégées vers les cellules filles». Concrètement, comme «les chromosomes, porteurs de l’information génétique, doivent être transmis de manière fidèle lorsque les cellules prolifèrent», ils sont dupliqués «puis les copies sœurs sont ségrégées vers les cellules filles».

Cette étape de ségrégation implique, chez les organismes Eucaryotes, «une compaction extrême des chromosomes, qui deviennent alors distinguables en microscopie, un appariement deux à deux des chromosomes frères puis leur transport actif». Cependant, «chez les bactéries, l’étape de compaction n’existe pas, ce qui a retardé la description de la ségrégation», mais, depuis peu, il est apparu «que l’étape d’appariement existe mais ne concerne qu’une région particulière des chromosomes».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée «révèle que la protéine MatP d’Escherichia coli, connue pour son rôle dans la structuration des chromosomes, agit dans le processus d’appariement de plusieurs manières» et démontre «que son rôle est restreint à cette étape précise du cycle cellulaire».

Soulignons ici que «la plupart des bactéries contiennent un seul chromosome de forme circulaire qui est dupliqué à partir d’une origine unique, définissant une zone de terminaison de la réplication (ter) diamétralement opposée», qui est «la dernière ségrégée vers les cellules filles au cours de la division cellulaire». Cette région ter «contient des sites de fixation pour MatP, une petite protéine basique qui agit pour maintenir les régions ter sœur (néosynthétisées) ensemble jusqu’au moment de la division cellulaire, au cours de laquelle elles sont séparées par la translocase d’ADN FtsK».

Notons que «MatP possède plusieurs activités»: elle «se fixe à l’ADN contenant matS, son site de reconnaissance spécifique, sous la forme de dimères, qui peuvent ensuite former des tetramères»; elle «reconnaît la protéine ZapB, médiant ainsi une interaction avec l’appareil de division cellulaire (divisome) assemblé au centre de la cellule sous la forme matS-Ma tP-ZapB-ZapA-FtsZ»; et, enfin, elle «interagit avec le complexe MukBEF qui possède une activité de condensine et contrôle l’activité de la topoisomérase IV (TopoIV), acteur majeur de la résolution des liens physiques entre chromosomes frère (liens d’intercaténation)».

Cette étude a «couplé des approches de biochimie, de biophysique de molécules d’ADN isolées in vitro et de microscopie quantitative de bactéries vivantes pour tenter de comprendre le rôle de MatP dans l’appariement post-réplicatif des région ter du chromosome d’Escherichia coli». Elle montre, en premier lieu «qu’alors que les formes tétramériques de MatP possèdent deux sites de liaison (un par dimère), ils ne contiennent qu’une molécule d’ADN».

Comme «des pontages entre site matS distant peuvent êtres observés in vitro dans différents essais mais sont instables et détruits rapidement par ajout d’ADN non-spécifique», il est «fort probable que ce bouclage entre sites matS ne se fasse pas in vivo mais que les formes tétramérique servent pour d’autres activités: interaction transitoire avec de l’ADN non-spécifique et/ou avec d’autres protéines (par exemple ZapB)».

En second lieu, l'étude montre «que l’on peut déduire l’état d’un locus chromosomique (dupliqué ou non, en appariement ou non) en suivant ses mouvements sur des temps courts à l’aide d’un système permettant le marquage des loci en fluorescence et leur suivi dans des cellules vivantes». Il a été ainsi constaté «que l’effet de MatP, connu pour diminuer la mobilité des loci de la région ter (Coefficient de diffusion et Longueur de confinement plus petits), est restreint à la période d’appariement post-réplicatif» de sorte que MatP n’a «peu de rôle dans la dynamique des chromosomes en dehors de cette période».

Par ailleurs, «cette restriction de mobilité dépend au moins de deux activités de MatP génétiquement séparables: l’une dépendant des formes tétramériques et de l'interaction avec ZapB, l’autre de l’activité de la TopoIV». Autrement dit, l’appariement des régions ter semble «faire intervenir deux mécanismes distincts, l’un empêchant leur séparation précoce en inhibant la TopoIV, l’autre assurant leur positionnement dans la zone de division cellulaire où le relâchement de l’appariement peut ensuite se faire de manière contrôlée et couplée à la cytokinèse».