Molecular characterization of XerS/difSL site-specific recombination system in Streptococcus suis

Abstract

L'état circulaire du chromosome bactérien pose un problème particulier lors de la réplication. Un nombre impair d'événements de recombinaison homologue donne des chromosomes dimères concaténés qui ne peuvent pas être divisés en cellules filles. Pour résoudre ce problème, les bactéries ont mis au point un mécanisme de résolution des dimères basé sur un système de recombinaison spécifique au site. Ceci est effectué par le système Xer/dif. Dans ce système, les protéines Xer effectuent une réaction de recombinaison dans le site dif au niveau du septum cellulaire immédiatement avant la division cellulaire. Dans la plupart des bactéries, cette réaction est effectuée par deux recombinases, XerC et XerD. Cependant, Streptococcus suis, un agent pathogène zoonotique important utilise un système de recombinaison différent, constitué d'une seule enzyme recombinase appelée XerS, qui catalyse la réaction de recombinaison dans un site dif non conventionnel. Pour caractériser le mode de clivage de XerS, des expériences EMSA ont été réalisées en utilisant des fragments de PCR marqués par HEX et des "suicide substrates". Nos données suggèrent que 1.) XerS est capable de lier la séquence entière de difSL; 2.) XerS lie plus efficacement le côté gauche des mutants difSL incomplets que le côté droit; 3.) XerS coupe les brins supérieur et inférieur du site difSL, avec une réaction plus efficace au bas. 4.) Modifications des nucléotides de la région la plus externe ou de la région centrale changent les préférences de clivage. 5.) XerS n'a montré aucune activité spécifique sur un autre site dif non conventionnel des Firmicutes, 6.) XerS interagit avec la sous-unité FtsK-y. L'ensemble des résultats présentés permet de mieux comprendre le fonctionnement de la recombinaison XerS dans le système de recombinase unique de Streptococcus et comment cette recombinaison est régulée par des facteurs de l'hôte.

The circular state of the bacterial chromosome presents a specific problem during replication. An odd number of homologous recombination events results in concatenated dimer chromosomes that cannot be partitioned into daughter cells. To solve this problem, bacteria have developed a mechanism of dimer resolution based on site-specific recombination system. This is performed by the Xer/dif system. In this system, the Xer proteins perform a recombination reaction in the dif site at the cell septum immediately prior to cell division. In most bacteria this reaction is performed by two recombinases, XerC and XerD. However, an important zoonotic pathogen; Streptococcus suis harbors a different recombination system, composed by a single recombinase enzyme called XerS, that catalyzes the recombination reaction in an unconventional dif site; difSL. A region characterized by two imperfect inverted repeat regions that flank a central region of 11 bp.To characterize the mode of cleavage of XerS, EMSA experiments were performed by using HEX-labelled PCR fragments and “nicked suicide substrates”. Our data suggests that; 1.) XerS is able to bind the entire difSL sequence; 2.) XerS binds more efficiently the left half side on incomplete difSL mutants than the right half side; 3.) XerS cleaves both the top and bottom strands of the difSL site, with a more efficient reaction at the bottom strand; 4.) Nucleotides at the outermost region of a T rich region seem to be determinant for binding selectivity and modifications of the extra spacing between the inverted repeat arms as well as length modifications of the central region change cleavage preference. 5.) XerS did not show any specific activity on another unconventional dif site in Firmicutes, as tested on difH. 6.) XerS interacts with FtsK-y subunit. This research aims to understand how XerS recombination works in the single recombinase system of Streptococcus and how this recombination is regulated by host factors. Exploration of these recombinases will provide a better understanding of the mechanisms of DNA exchange and genome stability in bacteria. It can also increase our knowledge of the evolution and speciation of recombinogenic bacteria.