Comparative analysis of the dynamics of two Integrative and Conjugative Elements from Streptococcus thermophilus
Analyse comparative de la dynamique de deux éléments intégratifs conjugatifs de streptococcus thermophilus
Résumé
Integrative and Conjugative Elements (ICEs) are genomic islands, which excise from the chromosome, self-transfer by conjugation and integrate. They harbor a modular organization: genes and sequences involved in the same biological process are grouped in the same region. This work concerns the modality of transfer and maintenance of ICESt1 and ICESt3, two ICEs of Streptococcus thermophilus that share closely related core region. ICESt1 excises much less frequently than ICESt3. Nevertheless, excision of the two elements is activated by the same stimuli (DNA damage, stationary phase and/or cell density) and depends of the host strain. Bioinformatical and transcriptional analyses highlight several differences in their organization. However, each of these two ICEs would encode two different regulators, cI and ImmR, suggesting that a complex and original pathway govern to ICESt1' and ICESt3' regulation. This regulation would be shared with numerous ICEs that we identified in the genome of various commensal or pathogenic streptococci. According to the original definition, ICE's maintenance would be exclusively due to their integration in the host chromosome, and ICEs would not be able of extracellular replication. However, in addition to the induction of ICESt3' excision and transfer, DNA damage cause replication of its extrachromosomal form. This unexpected property is encoded by the core region and would be implicated in the maintenance of the element. Comparision with data recently published on other ICEs suggest that intracellular replication could be involved in the maintenance of numerous ICEs, besides their integration.
Les éléments intégratifs conjugatifs (ICE) sont des îlots génomiques qui codent leur excision du chromosome, leur transfert par conjugaison et leur intégration. Ils présentent une organisation modulaire, chaque module incluant tous les gènes nécessaires pour conférer une fonction biologique. Ce travail a porté sur l'étude de la régulation ainsi que les modalités de transfert et de maintien d'ICESt1 et ICESt3, deux ICE de Streptococcus thermophilus présentant une région core étroitement apparentée et une région variable non apparentée. Les résultats obtenus ont montré que, bien qu'ICESt3 s'excise et se transfère à beaucoup plus haute fréquence qu'ICESt1, l'excision des deux éléments est activée par des stimuli identiques et est dépendante de la souche hôte. Chacun de ces ICE code des homologues de deux types de régulateurs différents, cI et ImmR, ce qui implique un mécanisme de régulation complexe et original qui pourrait être conservée chez de nombreux ICE apparentés identifiés lors de ce travail. Selon la définition initiale, les ICE se maintiendraient uniquement sous forme intégrée et ne se répliqueraient pas de façon intracellulaire. Cependant, les dommages à l'ADN induisent non seulement l'excision et le transfert d'ICESt3, mais aussi sa présence en copies multiples extrachromosomiques. Les résultats obtenus impliquent une réplication sous forme extrachromosomique, réplication codée par la région core et qui serait impliquée dans le maintien de l'élément. Une telle réplication pourrait être impliquée dans le maintien de nombreux ICE en plus de leur intégration.
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