Gènes Produits Opérons
hcr NADH oxydoréductase hcp-hcr hcp NADH oxydoréductase
yccM Protéine membranaire à [4Fe-4S]
uspF Protéine de liaison à l’ADN yeaR Inconnu ccmG Cytochrome c napFDAGHBC-ccmF Cytochrome c ccmABCDEFGH napB NO3-réductase napH NO3-réductase napD NO3-réductase napF NO3-réductase hmpA Flavohémoglobine ygbA Inconnu
nrfA NO2-réductase nrfABCDEFGH nrfB NO2-réductase nrfC NO2-réductase nrfD NO2-réductase nrfE NO2-réductase nrfF NO2-réductase ytfE Inconnu
Liste des gènes réprimés par NsrR
Gènes Produits Opérons
insB1 Protéine InsB
insB2 Protéine InsB
insB3 Protéine InsB
insB4 Protéine InsB
insB5 Protéine InsB
insB6 Protéine InsB
ykfJ Inconnu
mmuP Transporteur ABC
yafE Méthyl transférase yagA Cytochrome c dadA Déhydrogénase
ykgF Déhydrogénase betB Bétaïne aldéhyde
déhydrogénase cyoE Cytochrome bo oxydase cyoABCDE cyoC Cytochrome bo oxydase cyoB Cytochrome bo oxydase cyoA Cytochrome bo oxydase
ompF Porine membranaire
ydbC Oxydoréductase ygeF Inconnu
yiiL Rhamnose mutarotase
yjbB Protéine en hélice α yjiV Inconnu
Liste des gènes activés par NsrR
NsrR d’E. coli se fixe à l’ADN sur une séquence ‘AAGATGNATTTNAAATNCATCTT’ située en général en position –10 dans les séquences promotrices de certains gènes. La liaison à l’ADN s’effectue par un motif ‘helix-turn-helix’ en région N-terminale. Le NO se fixerait sur des centres fer-soufre en position 91, 96 et/ou 102 correspondant à des résidus cystéine, supprimant la liaison à l’ADN et permettant ainsi la dé-répression des promoteurs et la transcription des gènes.
Afin d’éviter un effet polaire de la mutation nsrR sur vacB qui code pour une RNase R,
Filenko et coll. ont développé l’approche suivante pour analyser l’ensemble des gènes régulés
par NsrR chez E. coli MG1655 : une souche de E. coli a été transformée avec un plasmide
exprimant en multicopie la région promotrice du gène ytfE qui contient la séquence consensus
de NsrR. Ainsi, dans cette souche, les auteurs ont pu favoriser la fixation de NsrR sur le gène plasmidique et supprimer la fixation de NsrR sur l’ADN génomique, obtenant un phénotype
identique à celui d’une mutation nsrR. En comparant le transcriptome de cette souche avec
celui d’une bactérie transformée avec un plasmide exprimant la séquence consensus mutée, les auteurs ont pu déterminer les gènes régulés par NsrR. Les résultats montrent que NsrR réprime 20 gènes correspondant à 9 opérons (Tableau 3 ; Filenko N et coll., 2007). Parmi ces gènes, on retrouve ceux pour lesquels l’analyse bio-informatique a permis d’identifier la
séquence consensus de NsrR dans la région promotrice : ytfE, hmpA et ygbA (Bodenmiller
DM and Spiro S, 2006); notons cependant que le gène tehA dont la région promotrice possède
la séquence de fixation de NsrR (Bodenmiller DM and Spiro S, 2006) n’a pas été mis en évidence lors de cette étude (Filenko N et coll., 2007). Par ailleurs, NsrR active 24 gènes (Tableau 3 ; Filenko N et coll., 2007).
II-4-1-c. Autres senseurs de NO
¾ SoxRS
Le premier régulateur transcriptionnel répondant au NO mis en évidence a été SoxR. Ce
dernier contient un cluster [2Fe–2S] qui peut être oxydé par O2– et par NO. SoxR activé
permet la transcription du gène soxS dont le produit SoxS induit à son tour l’expression des
gènes du régulon SoxRS (Hidalgo E and Demple B, 1994). Ces gènes permettent la résistance des bactéries au stress oxydatif. SoxRS ne jouerait cependant qu’un rôle mineur dans la
¾ Fur
Fur contrôle la concentration en fer dans les bactéries Gram négatif. La protéine se fixe au niveau de la région promotrice des gènes impliqués dans le métabolisme du fer, réprimant ainsi leur expression. La fixation de Fur à l’ADN est inhibée par NO qui réagit avec le fer pour former un fer-nitrosyl. NO permet donc la transcription des gènes réprimés par Fur (D'Autreaux B et coll., 2002).
¾ OxyR
OxyR est un activateur transcriptionnel appartenant à la famille des protéines LysR. On le retrouve le plus souvent sous forme de dimère ou de tétramère. Chaque monomère contient un groupement thiol qui va fixer le NO entrainant des modifications structurales permettant la fixation d’OxyR sur l’ADN. OxyR induit la transcription de nombreux gènes impliqués dans
la protection contre le stress oxydatif comme oxyS qui est impliqué dans la réparation de
l’ADN (Kim SO et coll., 2002).
¾ FNR
FNR est un répresseur transcriptionnel qui contient un cluster [4Fe-4S] qui réagirait avec NO (Crack J et coll., 2004). FNR régule l’expression de gènes impliqués dans la respiration anaérobie et le métabolisme du carbone. La flavohémoglobine Hmp est réprimée par FNR ; en présence de NO, FNR change de conformation, entrainant une dé-répression du gène.
Cependant, la mise en évidence récente de NsrR et de son activité sur l’expression de hmp
pourrait minimiser le rôle de FNR.
II-4-2. Les systèmes de détoxification du NO
Chez E. coli, il existe trois systèmes enzymatiques principaux de détoxification du NO : la
flavohémoglobine, la flavorubrédoxine et les NO3–/NO2– réductases. Ces enzymes utilisent le
NO ou ses dérivés comme substrat et permettent à la bactérie de résister à leurs effets toxiques.
¾ La flavohémoglobine
La flavohémoglobine (Hmp) possède une activité NO dioxygénase chez E. coli et Salmonella.
L’expression de hmpA est induite par différentes sources de NO, incluant NO2–, NO3– et
GSNO. Chez E. coli, les deux principaux régulateurs de HmpA en aérobie et anaérobie sont
NsrR et FNR. En aérobie, la consommation de NO par Hmp génère NO3–. Par contre en
Salmonella ont montré l’importance de HmpA dans la survie intra-macrophagique (McCollister BD et coll., 2005) et dans la virulence (Bang IS et coll., 2006). De même, une
mutation dans le gène hmp diminue la virulence de Yersinia pestis (dose létale 10 fois plus
faible ; (Sebbane F et coll., 2006).
¾ La flavorubrédoxine
La flavorubrédoxine NorV est une réductase qui contribue à la détoxification du NO en conditions anaérobiques. Elle est associée à une oxidoréductase NorW et permet ainsi de
réduire le NO en N2O ou en NO–. Un mutant norV chez E. coli ne se multiplie pas en présence
d’une centaine de micromolaires de NO (Hutchings MI et coll., 2002), mais la délétion de
norV ne modifie pas la capacité de E. coli à survivre dans les macrophages (Pullan ST et coll.,
2007).
¾ NO3–/NO2– réductases
On distingue la cytochrome c NO2– réductase Nrf qui est périplasmique de la NO2– réductase
Nir qui est cytoplasmique. De même, les NO3– réductases Nap et Nar sont respectivement
périplasmique et cytoplasmique. Ces enzymes permettent la réduction de NO3– en NO2–, puis
de NO2– en NO ; la protéine Nrf convertit directement NO2–en ammonium. De façon très
intéressante, il a été récemment suggéré que la protéine Nar, et non pas Nir ni Nrf, produit du
NO lorsque S. enterica se trouve en présence de NO3– ; ce NO endogène, généré par la
bactérie, active NsrR et NorR et permet l’expression des gènes de résistance hmp et norV
(Gilberthorpe NJ and Poole RK, 2008).
Pour résumé, l’effet bactériotoxique du NO n’est pas observé sur E. coli. Cette bactérie à acquit de nombreux mécanismes pour résister au stress nitrosant. Néanmoins, l’effet du NO sur des E. coli pathogènes n’a pas été encore été étudié à ce jour.
III. LES E. coli PRODUCTEURS DE SHIGA-TOXINE
III-1. LES E. coli PATHOGÈNES INTESTINAUX
E. coli est un bacille à Gram négatif de la famille des Entérobactéries. C’est une bactérie