3 instabilité du génome Due à des génotypes mutateurs stables
Les bactéries Mutatrices constitutives ont un taux de mutation spontanée accru causé par des défauts dans les gènes codant pour les facteurs de réparation de l’ADN ou d’autres composants d’autres voies de surveillance et de protection du génome qui mènent à la déstabilisation du génome. Parmi les voies typiques de réparation de l’ADN (voir Chapitre 4), la majorité des phénotypes de mutateurs forts sont dus à des mutations dans la voie ROR. La voie ROR est extrêmement importante pour maintenir la stabilité du génome chez E., coli, comme l’inactivation de la voie par des mutations dans l’un des gènes centraux peut augmenter les taux de mutation entre 100 et 200 fois . Cette forte augmentation du taux de mutation spontanée chez les souches défectueuses du ROR reflète la diversité des types de dommages reconnus et réparés par cette voie, y compris les bases mal appariées (en particulier en raison d’une mauvaise incorporation et d’un échec de relecture lors de la réplication de l’ADN) et les petites insertions et délétions. Dans une expérience d’accumulation de mutation de 2012, un E déficient en ROR., la souche coli a eu une augmentation de 138 fois le nombre de substitutions de paires de bases par rapport à la souche isogénique de type sauvage. La souche MMR-défectueuse a également eu une augmentation de 288 fois dans la formation d’insertions et de délétions, typiquement ≤4 nucléotides.
Une fonction intéressante, et parfois sous-estimée, de la voie ROR est de supprimer une recombinaison incorrecte . E., la recombinaison homologue de coli (HR) médiée par RecA et le complexe RecBCD nécessite une homologie parfaite ou presque parfaite dans les séquences D’ADN recombinant; cependant, le niveau d’homologie requis pour une recombinaison productive est détendu dans les souches défectueuses du ROR. Par exemple, la transduction entre Salmonella enterica serovar Typhimurium et E. coli est limitée par le système ROR du receveur, qui détecte et perturbe la formation d’hétéroduplexes en reconnaissant la divergence de séquence ., Comme le montre cet exemple, la régulation de la recombinaison par le ROR peut agir comme une barrière au HGT entre espèces étroitement apparentées, jouant ainsi un rôle supplémentaire dans la préservation de l’intégrité du génome.
les phénotypes de mutateurs ne sont pas dus exclusivement à des défauts de la voie ROR. Un facteur auxiliaire clé du ROR est le barrage de L’ADN adénine méthylase . Cette protéine est nécessaire pour la méthylation de l’ADN qui facilite le discernement des brins pendant le ROR et joue d’autres rôles importants dans la réplication de l’ADN et la régulation des gènes., L’Inactivation des gènes dam ou drg (dam-replacing genes) chez Pasteurella multocida conduit à des phénotypes mutateurs robustes . Des Mutations dans dnaQ, qui code la sous-unité de relecture (epsilon) de L’ADN polymérase III réplicative, provoquent des augmentations remarquables du taux de mutation en raison de l’élimination défectueuse de nucléotides mal incorporés pendant la réplication de l’ADN. Les Mutations dans les gènes codant pour le système GO (mutM, mutY et mutT), qui répare les guanines oxydées (8-oxodG), conduisent à des phénotypes mutateurs moyens à élevés (par exemple, voir Réf. )., D’autres gènes mutateurs codent des protéines qui empêchent les dommages à l’ADN via la détoxification, plutôt que de réparer les dommages, tels que l’oxyR et la soude .
on estime que les souches de mutateurs représentent environ 1% de la population naturelle d’E. coli, et les phénotypes de mutateurs sont présents dans les souches commensales et pathogènes . Les mutateurs constitutifs représentent un défi majeur pour le domaine médical car ils ont tendance à être communs dans les maladies infectieuses, telles que la fibrose kystique (discutée ici), les infections des voies urinaires et les maladies liées à l’alimentation ., Cette section se concentre sur l’un des exemples les mieux caractérisés de l’impact des souches mutatrices sur la pratique clinique: la colonisation de Pseudomonas aeruginosa chez des patients atteints de fibrose kystique (FK).
La CF est causée par des mutations dans le gène codant pour le régulateur de conductance transmembranaire de la CF (CFTR) et est la maladie génétique autosomique récessive la plus courante chez les Caucasiens . Les effets physiques de la mucoviscidose entraînent une forte prédisposition aux infections respiratoires chroniques (CRIs), qui sont la principale cause de morbidité élevée et de mortalité prématurée chez les patients atteints de mucoviscidose ., Alors que des infections par toute une gamme de bactéries peuvent survenir chez les patients atteints de mucoviscidose, y compris Haemophilus influenzae et Staphylococcus aureus, l’infection à P. aeruginosa est la plus fréquente . De manière assez remarquable, une étude précoce a révélé que jusqu’à 20% des isolats de 37% des patients examinés étaient colonisés de manière chronique par des souches mutatrices de P. aeruginosa . En revanche, les patients présentant des infections aiguës n’ont pas montré un tel enrichissement pour les mutateurs . Ces observations suggèrent que les mutateurs étaient particulièrement associés aux CRIs., Ce concept a été confirmé par une étude ultérieure qui a montré que la proportion d’isolats de mutateurs augmentait de 0% à 65% après 20 ans d’infection chronique . La base génétique de ces phénotypes de mutateurs était, comme on pouvait s’y attendre, en grande partie due à des défauts de la voie ROR, car entre 60% et 90% des isolats de mutateurs présentaient des mutations dans les gènes ROR, le plus souvent des mutS .
une conséquence intensément étudiée de L’IRC par des souches mutatrices de P. aeruginosa est le développement d’une résistance aux antibiotiques. Après de nombreuses années de traitement antibiotique agressif, la résistance aux antibiotiques est plus fréquente chez P., aeruginosa souches isolées de patients atteints de mucoviscidose chroniques par rapport aux isolats d’infections aiguës . Oliver et coll. (2000) ont d’abord caractérisé la prévalence des souches de mutateurs parmi les souches de P. aeruginosa résistantes aux antibiotiques isolées de patients atteints de mucoviscidose. Ils ont démontré que les souches de mutateurs étaient plus fréquemment résistantes à huit traitements couramment utilisés contre L’infection à P. aeruginosa: jusqu’à 40% des mutateurs étaient résistants contre seulement 5% des non-mutateurs. Cette corrélation entre les phénotypes de mutateurs et la résistance aux antibiotiques a ensuite été corroborée par des études de suivi ., Dans une étude particulièrement intéressante, Ferroni et al. (2009) ont démontré que les souches mutatrices acquièrent une résistance supplémentaire aux antibiotiques plus rapidement que les souches non mutatrices. Le rôle des génotypes de mutateurs dans la promotion de la résistance aux antibiotiques n’est pas unique à P. aeruginosa, car des relations similaires ont été trouvées dans des souches de S. aureus et de H. influenzae isolées de patients atteints de mucoviscidose .
un patient atteint de mucoviscidose est normalement colonisé par une seule souche de P. aeruginosa qui persiste tout au long de sa vie ., Les voies respiratoires de l’hôte représentent un microenvironnement dans lequel différentes pressions sélectives peuvent agir sur la souche conduisant à la divergence et à la fixation de variants phénotypiques. Dans de nombreux cas, ces nouveaux phénotypes sont dus à des mutations de perte de fonction qui contribuent à l’adaptation de l’hôte et soutiennent l’infection chronique. Par exemple, les mutations qui atténuent les gènes de virulence peuvent déplacer les résultats pathologiques de l’infection loin des dommages aigus et vers des effets chroniques qui soutiennent la persistance., Le fondement génétique d’une telle adaptation a été caractérisé dans le temps en utilisant le séquençage du génome entier . La comparaison des génomes des isolats précoces et tardifs a révélé l’accumulation de jusqu’à 68 mutations qui, dans de nombreux cas, ont entraîné la perte de fonction des gènes de virulence, ce qui représente une adaptation de la virulence qui a favorisé la colonisation à long terme (comme mentionné précédemment). Sans surprise, des travaux ultérieurs ont démontré que cette adaptation génétique rapide était motivée par un phénotype mutateur .,
cet exemple démontre que des taux de mutation constitutivement plus élevés et l’augmentation correspondante de l’instabilité du génome peuvent être bénéfiques pour un organisme lorsqu’il fait face aux défis de son environnement; cependant, une telle fluidité génomique peut également avoir des effets néfastes pour l’organisme. Par exemple, des souches adaptées de P. aeruginosa isolées de patients atteints de mucoviscidose ont une transmissibilité réduite . En outre, alors que les souches non mutatrices peuvent se propager entre les patients atteints de mucoviscidose, la propagation des souches mutatrices n’a pas été observée ., Enfin, les isolats de mutateurs hautement adaptés ont diminué la fitness et la virulence dans les environnements secondaires . Ainsi, il est clair que, en fait, l’instabilité du génome induite par les génotypes de mutateurs entraîne un bras de fer entre les résultats potentiellement bénéfiques et nuisibles, qui sont triés en fonction des pressions sélectives de l’environnement. Bien que cette conséquence de l’instabilité du génome soit spécifiquement démontrée dans cet exemple, elle représente probablement un attribut universel des organismes ayant des taux de mutation élevés.