D’une manière générale la régulation de l’expression des systèmes d’acquisition des sources de fer chez les bactéries Gram-négatif est sous le contrôle de la concentration intracellulaire en fer détectée par la protéine Fur (ferric uptake regulator), qui est un répresseur transcriptionnel. Un niveau additionnel de régulation existe pour certains systèmes d’acquisition où le substrat source de fer induit positivement l’expression du ou des gènes codant pour son système de transport.
2.2.4.1 Régulation négative par le répresseur Fur
Fur est une protéine ubiquitaire, retrouvée chez les bactéries Gram-négatives et positives. Fur régule un grand nombre de gènes impliqués dans divers réponses comme la carence générale en fer mais aussi la réponse au stress oxydant ou encore l’expression des îlots de pathogénicité chez les bactéries pathogènes. La régulation de l’expression de fur est complexe, faisant entre autres, intervenir H2O2 (Zheng et al., 1999).
La protéine Fur est un homodimère, chaque protomère contenant un domaine de dimérisation et un domaine de liaison à l’ADN. Dans le dimère, la fixation d’un ion fer II sur chaque protomère, provoque une réorientation du domaine de fixation à l’ADN par rapport à celui de dimérisation. (Coy and Neilands, 1991). Dans le cytoplasme, Fur/Fer II se fixe sur ses cibles sur l’ADN, appelées « boîte Fur », localisées dans ou à proximité des promoteurs dont elle réprime l’expression. La séquence consensus de la boîte fur, GATAATGATAATCATTATC chez E. coli, est relativement peu conservée à
Les récepteurs TonB-dépendants
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travers le génome d’une même espèce bactérienne (Newman and Shapiro, 1999).
2.2.4.2 Régulation positive par le substrat : exemple de l’opéron fec de E. coli
Il existe plusieurs cas où des régulateurs positifs de la famille AraC ou LysR ou des systèmes à deux composants interviennent dans le contrôle de l’expression des opérons codant pour les systèmes d’acquisition du fer.
Finalement, un niveau supplémentaire de régulation positive existe dans le cas des récepteurs ayant une extension N-terminale en amont de la boîte TonB. Ce phénomène a tout d’abord été découvert dans le cas du système fec d’E.
coli puis a été identifié dans de nombreux autres systèmes. Six protéines sont impliquées dans la régulation transcriptionelle positive du système Fec d’acquisition du citrate de fer : FecR, FecI, FecA, TonB, ExbB et ExbD. Les gènes de régulation fecIR sont localisés en amont de l’opéron de transport fecABCDE.
La synthèse des protéines FecI et FecR est requise pour l’induction au citrate de fer et est contrôlée par le répresseur Fur lié au fer. FecI appartient à la famille ECF (extracytoplasmic function) des facteurs sigma de l’ARN polymérase, FecR est une protéine de membrane interne de 317 résidus ayant un segment transmembranaire (résidus 85-100), un domaine cytoplasmique susceptible d’interagir avec FecI et un domaine périplasmique susceptible d’interagir avec l’extension N-terminale périplasmique du récepteur FecA (Figure 10) (Stiefel et al., 2001), (Braun and Mahren, 2005).
FecA remplit le double rôle de transporteur de citrate de fer et de premier relais dans la transduction du signal d’induction initié par la fixation du citrate de fer (Braun, 1997). La fixation du citrate de fer sur FecA crée des changements de conformation transmis du côté périplasmique du récepteur et perçus par FecR.
L’extension N-terminale de FecA interagit avec la région C-terminale de FecR (région 237-317) (Enz et al., 2003). FecR transmet alors un signal jusqu’à son domaine cytoplasmique qui interagit avec le domaine N-terminal de FecI, activant ainsi la transcription de l’opéron fecABCDE (Angerer and Braun, 1998).
Les récepteurs TonB-dépendants
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FecR ne joue pas seulement le rôle du facteur antisigma associé. Son interaction avec FecI le rend aussi nécessaire dans le processus d’induction. Alors que la présence du complexe TonB est nécessaire à la transduction du signal, l’activité de transport du récepteur n’est pas nécessaire; des mutants de FecA ne transportant pas le citrate de fer mais le fixant permettent l’activation de la transcription; seul le dicitrate de fer et non le citrate permet l’activation de la transcription. Il s’agit donc d’un système permettant la détection du substrat à l’extérieur de la cellule. (Angerer and Braun, 1998).
Figure 10 : Régulation par le substrat dans le système Fec (Braun and Mahren, 2005).
Dans la protéine FecA, une partie du tonneau β n’est pas dessinée pour pouvoir montrer le bouchon (jaune). Le modèle montre le mouvement des boucles L7 et L8, suivant la fixation du citrate de fer. FecA signale son occupation dans le périplasme où il interagit avec FecR. FecR transmet alors l’information dans le cytoplasme et active le facteur sigma FecI.
FecI recrute la RNA polymérase sur le promoteur de FecA.
Abbildung 10 : Transkriptionsregulation durch das Fec-System (Braun and Mahren, 2005).
Ein Teil des ß-Barrels von FecA ist nicht gezeichnet, um die globuläre Plug-Domäne zu zeigen (gelb). Das Modell zeigt die Bewegung der Loops L7 und L8 bei Bindung des Eisen(III)citrat-Komplexes. FecA transportiert Eisen(III)citrat und signalisiert seine Beladung ins Periplasma, wo es mit FecR interagiert. FecR leitet die Information über die Cytoplasma-Membran hinweg weiter und aktiviert den Sigma-Faktor FecI. FecI dirigiert die RNA-Polymerase ausschliesslich an den fecA-Promotor.
Le complexe TonB/ExbB/ExbD
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2. 2 . 3 3 L L E E C C OM O MP PL L EX E XE E T T ON O N B/ B /E E XB X B B/ B / E E XB X B D D
La plupart des systèmes d’acquisition du fer correspondent à des transports actifs du milieu extracellulaire dans l’espace périplasmique utilisant l’énergie provenant de la force proton-motrice via le complexe de membrane interne TonB-ExbB-ExbD. Bien que les protéines TonB, ExbB, ExbD soient ubiquitaires dans la plupart des bactéries Gram-négatives, les principaux résultats disponibles sont issus des expériences concernant l’entrée des sidérophores ferriques ou de la vitamine B12 chez E. coli.