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Accueil du site > Cinétique et énergétique de l’éjection de l’ADN phagique

Contributeurs : M. de Frutos, E. Raspaud Collaborateurs : L. Letellier (IBBMC, CNRS UMR 8619), S. Brasiles, P. Tavares (VMS, CNRS UMR 2472)

Les bactériophages (virus bactériens) sont des machineries moléculaires complexes capables d’infecter les bactéries afin d’assurer leur multiplication. Nos travaux sur ces systèmes visent à déterminer les forces et mécanismes gouvernant l’éjection de l’ADN hors de la capside du phage. La diffusion de lumière nous a permis de déterminer pour la première fois la cinétique d’éjection in vitro du phage T51. Pour une solution diluée, l’intensité diffusée est proportionnelle à la masse des particules diffusantes (masse des protéines phagiques et ADN condensé dans la capside). La sortie de l’ADN s’accompagne d’une perte de masse des phages et par conséquent d’une diminution de l’intensité diffusée en fonction du temps (Voir figure). Les cinétiques d’éjection présentent pour le phage T5 une forme complexe dont l’analyse prouve l’existence de pauses au cours de l’éjection à des positions particulières de l’ADN. Ce comportement particulier du phage T5 est à rapprocher du transfert in vivo qui s’effectue en deux étapes. Une étude thermodynamique de ces systèmes a été effectuée en mesurant la cinétique d’éjection en fonction de la température. Les temps caractéristiques régulant les pauses suivent une loi d’Arrhénius, ce qui permet de déterminer la barrière d’activation gouvernant le processus. La nature des protéines responsables de la régulation du transfert de l’ADN phagique demeure pour l’instant inconnue, mais des études comparatives effectuées sur d’autres phages devraient apporter des informations utiles pour déterminer le mécanisme exact.

L’ADN sort du phage sous l’impulsion de la forte pression due à son confinement dans la capside3. La quantité d’ADN éjecté à l’équilibre doit donc être fonction de la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la capside. Nous avons montré2 qu’une diminution de la pression à l’intérieur de la capside liée à l’ajout d’un agent de condensation de l’ADN (la spermine) permet de réduire la quantité d’ADN éjectée. Au-delà de cet effet attendu, nos résultats ont montré l’existence d’une force supplémentaire liée à la présence d’ADN condensé par la spermine à l’extérieur de la capside. Dans nos expériences cet effet a été mis en évidence in vitro mais il pourrait jouer un rôle important in vivo. En effet, lorsque l’ADN phagique est injecté dans la bactérie, la pression intra-cytoplasmique s’oppose à l’entrée de l’ADN. La présence d’agents de condensation dans la bactérie (polycations ou protéines) peut constituer une force supplémentaire de traction agissant sur l’ADN.

Représentation schématique de l’éjection d’ADN d’un bactériophage (ci-dessous) et mesure de la cinétique d’éjection sur un ensemble de phages par diffusion de lumière (à droite).

Références :

1) DNA ejection from bacteriophage T5 : analysis of the kinetics and energetics, M. de Frutos, L. Letellier, E. Raspaud ,Biophys. J. 88 : 1364-1370 (2005).

2) Effect of spermine and DNase on DNA release from bacteriophage T5, M. de Frutos, S. Brasiles, P. Tavares, E. Raspaud, EPJ E 17, 429 – 434 (2005).

3) Osmotic pressure inhibition of DNA ejection from phage, A. Evilevitch, L. Lavelle, C. M. Knobler, E. Raspaud, W. M. Gelbart, PNAS 100 : 9292-9295 (2003).