Pour construire la machinerie qui permet aux bactéries de nager, as well as de 50 protéines doivent être assemblées selon un ordre logique et bien défini pour former le flagelle, l’équivalent cellulaire d’un moteur offshore d’un bateau. Pour être fonctionnel, le flagelle est assemblé pièce par pièce, se terminant par l’hélice appelée filament flagellaire, composée de six sous-unités différentes appelées flagellines. Des microbiologistes de l’Université de Genève (UNIGE) ont démontré que l’ajout de sucre aux flagellines est important pour l’assemblage et la fonctionnalité du flagelle. Cette glycosylation est réalisée par une enzyme nouvellement découverte FlmG, dont le rôle était jusqu’ici inconnu. Sur la foundation de cette observation – que vous pouvez lire dans la revue eLife – les chercheurs ont poursuivi avec une deuxième découverte publiée dans Developmental Cell. Parmi les 6 flagellines de Caulobacter crescentus, la bactérie modèle dans les deux études, l’une est la bactérie spéciale jouant un rôle de signalisation pour déclencher l’assemblage last du flagelle.




Le flagelle est le moteur de la locomotive des bactéries. Grâce au flagelle, les bactéries peuvent nager vers la nourriture que ce soit dans le lac Léman (Léman) ou à l’intérieur de l’hôte lors d’une infection. Le flagelle – qui, en raison de sa complexité, est similaire à un moteur offshore – est composé d’une construction de foundation, d’un moteur rotatif et d’une hélice hélicoïdale. Il est synthétisé à l’intérieur des bactéries dans leur cytosol. « Les 50 protéines doivent être produites séquentiellement et assemblées dans le bon ordre », déclare Patrick Viollier, chercheur au Département de microbiologie et médecine moléculaire de l’UNIGE. En même temps, le flagelle doit être incorporé dans l’enveloppe bactérienne qui contient jusqu’à trois couches cellulaires avant de se retrouver à l’extérieur. Alors que les sous-unités flagellaires sont connues, de nombreuses subtilités dans le contrôle de l’assemblage flagellaire et les mécanismes de ciblage sont encore mal includes.

Le stage idéal de l'assemblage flagellaire

Douce shock

Les microbiologistes de l’UNIGE ont étudié la bactérie Caulobacter crescentus. « Ces bactéries sont très intéressantes pour l’étude des flagelles puisqu’elles produisent deux cellules filles différentes: l’une a un flagelle et l’autre non. Elles sont idéales pour comprendre ce qui est nécessaire à la construction d’un flagelle », explique Nicolas Kint, co-auteur de l’étude. Une autre particularité est que le filament flagellaire de cette bactérie est un assemblage composé de 6 sous-unités de flagelline, ce qui signifie qu’il n’est pas le résultat de la polymérisation d’une seule protéine, comme c’est le cas pour de nombreuses autres bactéries. « En analysant ces 6 flagellines, nous avons découvert qu’elles étaient décorées de sucres, indiquant qu’une étape de glycosylation – une réaction enzymatique ajoutant des sucres aux protéines – avait lieu et était nécessaire pour l’assemblage. C’était une découverte surprenante, car cette réaction est pas très répandu et mal compris chez les bactéries « , poursuit le professeur Viollier.


L’équipe de recherche de Viollier a réussi à démontrer que la glycosylation des 6 flagellines qui composent le filament est essentielle pour la formation et la fonctionnalité du flagelle. « Pour le démontrer, nous avons d’abord identifié le gène qui produit l’enzyme de glycosylation, FlmG. Lorsqu’il est absent, il en résulte des bactéries sans flagelle. Deuxièmement, nous avons modifié génétiquement un autre variety de bactérie, Escherichia coli, pour exprimer l’une des 6 flagellines, l’enzyme de glycosylation et les enzymes productrices de sucre à partir de Caulobacter crescentus. Tous ces éléments sont nécessaires pour obtenir une flagelline modifiée « , ajoute Nicolas Kint.

Un mouton noir polyvalent

« Les différents éléments du flagelle sont produits les uns après les autres: les molécules de la base d’abord, puis celles du rotor et enfin de l’hélice. La littérature scientifique indique que ce processus séquentiel est vital. Cependant, nous ne savons pas comment l’ordre de fabrication des sous-unités est contrôlé.  » Le chercheur et son équipe se sont concentrés sur la synthèse des 6 flagellines, découvrant parmi eux un mouton noir: une sous-unité qui n’a que 50% d’homologie de séquence avec les cinq autres. « Cette sous-unité sert de protéine de stage de contrôle, un flic de trafic moléculaire répressif restreignant la synthèse des autres protéines de flagelline », explique le professeur Viollier. Il est présent avant la synthèse des cinq autres sous-unités et agit comme un régulateur négatif. Tant qu’il est présent dans le cytosol, la synthèse des autres sous-unités est empêchée. Une fois les éléments du flagelle assemblés, en dehors du filament, le flic est exporté vers la membrane et ainsi retiré. Ensuite, la synthèse des cinq dernières sous-unités peut alors commencer. « C’est un capteur pour la synthèse des protéines et un composant du filament flagellaire à la fois: une double fonction exclusive en son genre », explique le microbiologiste avec beaucoup d’enthousiasme.

Cette découverte est fondamentale pour comprendre la motilité des bactéries et l’assemblage des protéines. « Il fournit également des indices pour comprendre la synthèse et l’assemblage de la tubuline, une partie essentielle du cytosquelette », conclut le professeur Viollier.