LES BACTERIOPHAGES : CYCLE LYTIQUE et LYSOGÉNIE La carte génomique de l et son intégration Les conditions de la lysogénie Sylvie Bardes – Lycée de la Vallée de Chevreuse

Carte physique simplifiée du phage lambda Recombinaison : opéron et gène précoces tardifs att CIII : régulateur négatif queue N : antiterminateur Deux gènes précoces immédiats : Cro : empêche la synthèse du répresseur (activité indispensable au déroulement du cycle lytique) inhibe l’expression des gènes précoces immédiats (non indispensables pour le cycle lytique) N : code pour un facteur d’antiterminaison qui en se fixant au site nut permet la transcription des gènes précoces tardifs Les gènes précoces tardifs : 3 gènes de régulation : cII et cIII : gène régulateur permettant le démarrage de la synthèse du répresseur Q : facteur régulateur d’antiterminaison permettant à l’ARN pol bactérienne de transcrire les gènes tardifs 2 gènes de réplication ( cycle lytique) 7 gènes impliqués dans les phénomènes de recombinaison dont 2 interviennent pour l’intégration de l dans le génome bactérien lors de la lysogénie Les gènes précoces tardifs servent deux buts : l’entrée en lysogénie et le contrôle du déroulement du cycle lytique Les étapes du cycle lytique : La transcription débute dès l’entrée du phage de part et d’autre du gène CI (ARN pol bactérienne) donc sur les deux brins d’ ADN et dans des directions opposées. En présence du produit de N, la transcription se poursuit sur les deux brins dans les gènes de recombinaisons (au delà de N) et ceux de régulation (au delà de cro) pN se fixe sur l’ARN pol bactérienne , les transcrits seront plus long (N—»recombinaison (int, xis) ; cro—»Q) Peu de temps après l’infection, il y a circularisation de l’ADN / bouts cohésifs , ainsi les gènes tardifs sont regroupés en un seul lot comprenant les gènes de lyses et de capside. Ils seront tous transcrits dans une même unité de transcription à partir du promoteur Pr’ situé en entre Q et S. Remarque le produit de Q joue le même rôle que pN à un autre site d’attente de l’ARN pol bactérienne. Le cycle lytique repose sur la transcription des gènes précoces immédiats et ceci pendant toute la phase précoce. gènes précoces immédiats TRANSCRIPTION CI : répresseur opéron tardif tête CRO : antirépresseur CII : régulateur positif lyse Réplication : opéron et gène précoces tardifs

LES BACTERIOPHAGES : CYCLE LYTIQUE et LYSOGÉNIE La carte génomique de l et son intégration Les conditions de la lysogénie Sylvie Bardes – Lycée de la Vallée de Chevreuse

Conditions de la lysogénie Répresseur Pl et Pr les promoteurs de N et cro sont situés de part et d’autre du gène cI et sont associés chacun à un opérateur Ol et Or sur lequel peut se fixer un répresseur (produit du gène cI). L’opérateur et le promoteur se chevauchent d’où la dénomination P/O. Ce répresseur empêche l’initiation de la transcription par l’ARN pol et donc l’entrée dans le cycle lytique. La traduction de l’ARNm correspondant est relativement inefficace (absence de site de fixation des ribosomes), produisant une faible concentration en répresseur. Le répresseur se fixe indépendamment en Ol (une fonction: empêche l’initiation de la transcription par l’ARN pol de N) et Or (deux fonctions : empêche l’initiation de la transcription par l’ARN pol de cro et facilite l’initiation de la transcription de l’ARN pol du gène cI : régulateur positif / proximité entre Prm et Or) La lysogénie est stable tant que la concentration en répresseur est convenable, ainsi Ol et Or sont en permanence occupé ce qui inhibe la transcription des gènes précoces et tardifs dans le cycle lytique. Remarque : lorsqu’un autre phage pénètre dans la cellule, le répresseur peut se fixer sur ces sites opérateurs empêchant ainsi la lyse, d’où la notion d’immunité lors d’une autre infection (même avec phages du même groupe). Structure du répresseur : Il est constitué par des sous unités formé de deux domaines : •N terminal : site de fixation à l’ADN •C terminal : formation des dimères Ces fonctions sont indépendantes l’une de l’autre, bien que la fraction Nternm se fixe alors avec une plus faible affinité dans ce cas. La rupture entre les deux domaines, diminue l’affinité du répresseur pour l’ADN, il se dissocie ainsi de l’opérateur et permet l’enclenchement du cycle lytique. Remarque les sites 1, 2 et 3 ont des affinités différentes pour le répresseur, à très forte concentration tous les sites sont saturés il y a donc inhibition de la propre synthèse de cI (chevauchement avec Prm) Infection de la bactérie par lambda : Le répresseur ne peut pas être synthétisé, car en son absence l’ARN pol ne peut se fixer en Prm Les gènes cro et N sont transcrits, ainsi que cII et cIII, ce sont des régulateurs positfs L’ARN pol associée au produit de cII, reconnaît le promoteur Pre en amont de cro TRANSCRIPTION de N… de cI TRANSCRIPTION de CRO… CI CRO N Ol1 Ol2 Ol3 Or3 Or2 Or1 BLOQUE la transcription de N BLOQUE la transcription de CRO

Entrée dans le cycle lysogène Répresseur pCII ARN pol Infection de la bactérie par lambda : Le répresseur ne peut pas être synthétisé, car en son absence l’ARN pol ne peut se fixer en Prm Les gènes cro et N sont transcrits, ainsi que cII et cIII, ce sont des régulateurs positifs L’ARN pol associée au produit de cII, reconnaît le promoteur Pre en amont de cro Ce produit pCII est très instable (dégradation par une protéine bactérienne HflA) Il est stabilisé par CIII. La transcription à partir de ce promoteur est 7 à 8 fois plus importante que celle à partir de Prm. Le répresseur est ainsi synthétisé en quantité importante et va se fixer sur les sites opérateurs gauche et droit de CI ce qui empêche l’utilisation de ces sites et donc les autres synthèses. Les synthèses des produits de CII et CIII s’arrêtent aussi, comme leur 1/2 vie est très courte, Pre n’est bientôt plus utilisable et le répresseur continu à être synthétisé à partir de Prm Remarque CII facilite aussi l’accès à la polymérase, au promoteur de int ( gène de l’intégrase) enzyme nécessaire à l’insertion de lambda TRANSCRIPTION de « cro » + CI… CIII N CI CRO CII TRANSCRIPTION de N, CIII… TRANSCRIPTION de cro + CII… Pre

Entrée dans le cycle lytique Protéines CRO AUTORISE la transcription de N Comment explique-t-on la bascule entre les deux cycles ? Le produit du gène cro (répresseur) joue un rôle fondamental dans cette partie, empêchant l’établissement de la lysogénie, c’est un petit dimère (9000d/SU) Inhibant la synthèse du produit du gène CI à partir de Prm Inhibant l’expression des gènes précoces à partir de Pr et Pl Il possède une structure assez similaire au répresseur (pCI) et se fixe lui aussi à l’ADN (uniquement d’un côté et non tout autour) Là encore son affinité pour les différents sites est variables Or3>Or2,Or1, en se fixant tout d’abord en Or3, il empêche la fixation de l’ARN pol en prm, inhibant ainsi la synthèse du répresseur. Puis il se fixe en Or2 et 1 inhibant ainsi la totalité du promoteur Pr. Son affinité pour Or1 et Or2 est environ 8 fois plus faible que celle du répresseur CI CRO N Ol1 Ol2 Ol3 Or3 Or2 Or1 AUTORISE la transcription de CRO N’AUTORISE PAS la transcription de CI TRANSCRIPTION