Interaction entre la RNase HI et la RNase E dans le métabolisme des R-loops et la dégradation des ARNms chez Escherichia coli

Abstract

Chez la bactérie Escherichia coli, la topoisomérase I et la gyrase représentent deux topoisomérases majeures qui participent à la régulation du surenroulement de l’ADN. Celles-ci sont codées respectivement par les gènes topA et par gyrA et gyrB. Chez les mutants topA, l’excès de surenroulement négatif qui est généré en amont de la polymérase ARN lors de la phase d’élongation de la transcription de l’ADN, entraine la formation de R-loops. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui in vivo sont formés lorsque l’ARN nouvellement transcrit forme un hybride avec le brin d’ADN matrice, le brin d’ADN complémentaire demeurant sous forme simple brin. La RNase HI est une endoribonucléase codée par le gène rnhA. Elle dégrade l’ARN de R-loops, entre autres, pour empêcher l’initiation de la réplication à des sites autres que l’origine normale, oriC. Chez les mutants rnhA, on observe une réplication indépendante de l’origine oriC. Ce type de réplication appelé cSDR, pourrait donc expliquer, du moins en partie, l’inhibition de la croissance de doubles mutants topA rnhA. A l’aide de la mutagenèse au transposon Tn5, il a été possible d’isoler des suppresseurs extragéniques qui permettaient la croissance des doubles mutants topA rnhA. Plusieurs de ces suppresseurs ont le transposon inséré dans le gène codant pour la RNase E, l’endoribonucléase principale impliquée dans la dégradation des ARNms chez E. coli. La majorité des insertions se retrouvent dans la partie C-terminale de la protéine qui est impliquée dans l’assemblage d’un complexe multiprotéique appelé l’ARN dégradosome. Les résultats obtenus démontrent que ces suppresseurs diminuent le cSDR ainsi que la réponse SOS induite constitutivement en l’absence de la RNase HI. Sachant que la RNase HI est une endoribonucléase tout comme la RNase E, une collaboration entre les deux enzymes suggère que la RNase E pourrait également jouer un rôle potentiel dans le contrôle de la formation des R-loops et bien évidemment de leur retrait au sein de la cellule. À l’opposé, il est possible que la RNase HI puisse avoir comme autre fonction la prise en charge de la maturation et de la dégradation des molécules d’ARNs.

In Escherichia coli, DNA topoisomerase I and DNA gyrase are the two main topoisomerases responsible for the regulation of DNA supercoiling. DNA topoisomerase I is encoded by topA while gyrase is encoded by gyrA and gyrB. In topA mutants, the accumulation of negative supercoiling behind the elongating RNA polymerase complex leads to the formation of R-loops. In vivo, R-loops are formed when the nascent RNA re-hybridizes with the template strand leaving the non-template strand single-stranded. RNase HI is an endoribonuclease encoded by rnhA and it is responsible for degrading the RNA in an R-loop, to make sure that replication is initiated only at oriC. Indeed, in rnhA mutants, oriC-independent replication also takes place. This type of replication, named cSDR for constitutive stable DNA replication, could explain, at least in part, the growth inhibition of double topA rnhA mutants. With the aid of the Tn5 transposon mutagenesis system, we were able to isolate extragenic suppressors that allowed double topA rnhA mutants to grow. In several of these suppressors, the transposon was inserted in the gene coding for RNase E, the major endoribonuclease responsible for mRNA degradation in E. coli. The majority of these insertions were located in the C-terminal half of the protein that is responsible for the assembly of the multiprotein complex called the degradosome. Our results show that the suppressors act by reducing cSDR as well as the SOS response which is constitutively expressed in the absence of rnhA. Since RNase HI is an endoribonuclease just like RNase E, collaboration between the two enzymes will imply that RNase E could also play a major role in the elimination of R-loops as well as their exclusion from the cell. Equally as well, RNase HI can also play a major role in the maturation and degradation of mRNAs.