La régulation de l’expression génétique est essentielle afin qu’un organisme puisse s’adapter aux changements environnementaux. Chez les bactéries, la régulation peut s’effectuer à plusieurs étapes de l’expression des gènes (transcription, stabilité de l’ARN, traduction, maturation et dégradation des protéines) et par des mécanismes impliquant différents types de molécules (ADN, ARN, protéines, métabolites ou ions inorganiques). Traditionnellement, les protéines se situaient au centre de ces mécanismes de régulation. On sait maintenant que certains ARN, dont les riborégulateurs, ont également un grand rôle à jouer dans ce processus. Un riborégulateur est un élément génétique retrouvé dans une région non-codante de certains ARN messagers (ARNm), qui peut lier directement un ligand spécifique afin de réguler l’expression de son transcrit. Chez Escherichia coli (E. coli), trois riborégulateurs lient la thiamine pyrophosphate (TPP). Un d’entre eux, le riborégulateur thiB, n’a toujours pas été étudié. On croit qu’il contrôlerait, au niveau de l’initiation de la traduction, l’expression de l’opéron thiBPQ encodant un transporteur ABC de la thiamine. De plus, un petit ARN nommé SroA a précédemment été identifié grâce à des techniques de séquençage d’ARN. SroA correspond à l’aptamère du riborégulateur thiB, mais aucun rôle ne lui a été attribué à ce jour. Le présent mémoire porte sur la caractérisation du riborégulateur thiB d’E. coli. Dans un premier temps, nous avons démontré que le riborégulateur est fonctionnel. Le mécanisme permettant la régulation génétique en cis est cependant plus complexe que seulement la régulation prédite au niveau traductionnel. Dans un second temps, nous avons utilisé deux approches différentes à l’échelle transcriptomique afin de vérifier si SroA régule l’expression de certains ARNm en trans. Plusieurs cibles potentielles découlent de cette étude. Une caractérisation préliminaire de certaines d’entre elles est présentée ici et devra être poursuivie par des travaux subséquents. Les résultats présentés ici suggèrent que le riborégulateur thiB régulerait l’expression de l’opéron thiBPQ (en cis) et d’autres gènes en trans.

DsrA est un petit ARN régulateur que l'on retrouve chez plusieurs espèces bactériennes, notamment Escherichia coli non-pathogène et pathogène. DsrA est exprimé principalement lorsque la bactérie est dans un environnement température suboptimale (<37 [degrés Celsius]). En conditions d'expression de DsrA, on retrouve une forme pleine longueur de 85 nucléotides et une forme tronquée de 60 nucléotides. Il a été montré que DsrA, dans sa forme pleine longueur ou tronquée, peut diminuer l'initiation de la traduction de l'ARNm hns , codant pour la protéine H-NS, un régulateur majeur de la transcription qui module près de 5% des gènes chez E. coli . Toutefois, les mécanismes impliqués dans la répression traductionnelle d'hns par DsrA n'ont pas été caractérisés. Les travaux présentés dans ce mémoire démontrent que DsrA bloque l'initiation de la traduction d'hns en s'appariant immédiatement en aval du codon d'initiation de la traduction. De plus, DsrA provoque la dégradation de l'ARNm hns en recrutant le complexe dégradosome ARN. La RNase E, qui fait partie de ce complexe, va cliver l'ARNm au nucléotide 131 dans la région codante du gène, soit 80 nucléotides en aval de l'appariement entre hns et DsrA. Ce clivage va provoquer la dégradation rapide de l'ARNm hns par les exoribonucléases de E. coli . Mes travaux de maîtrise ont abouti à un modèle d'action de DsrA sur hns qui pourrait inclure les autres cibles négatives de DsrA. De plus, ils suggèrent que les sRNA semblent partager le même mécanisme général de dégradation des ARNm. Ces travaux démontrent également que l'extrémité 5' de DsrA tronqué est monophosphate ce qui suggère un clivage par une ribonucléase. Toutefois aucune ribonucléase connue d' E. coli ne semble produire la forme tronquée de DsrA, bien que l'exoribonucléase PNPase semble influencer sa dégradation. Ces travaux démontrent également l'impact des protéines RppH et CsdA dans la dégradation de l'ARNm hns à 25 [degrés Celsius], c'est-à-dire lorsque DsrA est naturellement exprimé. Ces protéines sont importantes pour la stabilité de hns et pour sa dégradation en présence de DsrA. Toutefois, le mécanisme d'action de ces protéines n'a pas été déterminé.

Les maladies infectieuses d’origine alimentaire demeurent un enjeu d'actualité dans les pays industriels comme le Canada. Les différentes agences gouvernementales impliquées dans le suivi et la prévention de ces infections soulèvent l’importance de l'apparition de souches multi-résistantes aux antibiotiques entre autres chez la bactérie pathogène Salmonella. L’antibiothérapie classique n'étant plus une solution au problème, le développement de nouveaux traitements spécifiques aux pathogènes en commençant par une meilleure compréhension de leur virulence devient essentiel. Lors d'une infection, une bactérie du genre Salmonella modifie grandement son transcriptome pour s'adapter et proliférer grâce à des systèmes à deux composants (S2C) tels que PhoP/PhoQ, OmpR/EnvZ et SsrA/SsrB. La régulation de ces systèmes soulève encore énormément de questions principalement au niveau post-transcriptionnel. Dans le cadre de ma maîtrise, j’ai adapté une méthode me permettant d’identifier les partenaires d’interaction des ARN de système à deux composants PhoP/PhoQ et OmpR/EnvZ en plus d’établir une banque d’annotation primaire pour des petits ARN non-codants de la bactérie pathogène Salmonella Typhimurium. Les résultats obtenus m’ont permis de valider un modèle de régulation connu par un petit ARN régulateur (pARNr) pour le gène phoP ainsi que d’identifier un nouveau modèle de régulation des S2C basé sur l’expression d’un ARN antisens en cis. De plus, des données préliminaires suggèrent une double fonction pour l’ARNm ompR.

L’avancement des connaissances sur la biologie de l’ARN progresse à un rythme effréné. En effet, les découvertes des dernières années ont confirmé l’importance de l’ARN comme régulateur. Par exemple, de courtes molécules d’ARN, appelées sRNA (small RNA), ont été identifiées comme régulateurs post-transcriptionnels majeurs, capables de moduler l’expression des ARN messagers (ARNm) chez les procaryotes. Généralement, le mode d’action de ces sRNA consiste à s’attacher de manière anti-sens à leurs ARNm cibles, au site de la liaison du ribosome située dans la région 5′ non traduite de l’ARNm. L’inhibition de la traduction par le sRNA conduit, dans la majorité des cas, à la dégradation rapide de l’ARNm. Dans le cadre de mes travaux de recherche, j’ai participé à modéliser, à partir de données biologiques, certains mécanismes de régulation de cibles ARNm. Plus précisément, deux des sRNA, parmi les mieux caractérisés chez E. coli, soient RyhB et Spot42, ont été analysés. Cette étude a montré qu’un sRNA peut réguler ses cibles selon différents régimes (efficace ou modéré) en fonction du mode de régulation priorisé par le sRNA, et ce, indépendamment de son abondance relative. Ces résultats permettront d’améliorer notre compréhension et notre capacité à prédire l’efficacité d’un sRNA à réguler ses cibles ARNm. Par des recherches subséquentes, il m’a été possible de démontrer que l'expression de l’ARNm encodant pour la protéine aconitase B était régulée de manière antagoniste à la fois par le sRNA RyhB et par la protéine aconitase B et ce, dans une condition de carence en fer. Par la suite, j’ai pu mettre en évidence un deuxième mécanisme de régulation similaire pour l’ARNm grxD, encodant pour la glutharédoxine D. Jusqu'à ce jour, le sRNA RyhB démontrait une efficacité infaillible pour dégrader ses ARNm cibles. Les résultats obtenus durant ce projet démontrent sans équivoque une nouvelle voie de protection permettant à l’ARNm d'éviter la dégradation par un petit ARN régulateur. Ce mécanisme de protection de l'ARNm ouvre la porte à un tout nouveau processus cellulaire de régulation post-transcriptionnelle qui s'étend sûrement à un groupe plus important d’ARN.

Le concept d’opéron, défini en 1960 par Jacob et Monod comme étant un groupe de gènes transcrits ensemble et dont les produits concourent à la réalisation d'une même fonction physiologique, est resté jusqu’à tout récemment pratiquement inchangé. Selon ce modèle, toute régulation génétique a lieu au niveau transcriptionnel et est médiée par des facteurs protéiques. Cependant, au cours de la dernière décennie, une révolution a eu lieu alors qu’il fut démontré que des petites molécules d'ARN, appelés sRNAs (small RNAs), sont capables de réprimer de manière post-transcriptionnelle l’expression d’ARN messagers (ARNm) chez les procaryotes. Leur mécanisme d'action consiste généralement à inhiber la traduction d'un ARNm en compétitionnant avec la liaison des ribosomes sur le site de liaison des ribosomes (SLR) situé dans la région 5' non traduite d’un ARNm. Cette inhibition de la traduction s’accompagne généralement d'une dégradation rapide de l’ARNm cible. Les recherches que j'ai effectuées au cours de mes études de 2e et 3e cycle ont permis de découvrir des mécanismes alternatifs par lesquels les sRNAs peuvent réprimer l’expression d’ARNm cibles. J'ai tout d’abord démontré que l’expression du petit ARN RyhB lors d'une carence en fer entraîne la dégradation seulement partielle de l’ARNm polycistronique iscRSUA. De plus, j'ai participé à l’élucidation du mécanisme de dégradation d'un ARNm par l’action d'un sRNA. En effet, nous démontrons que le site de clivage de la RNase E se situe plusieurs centaines de nucléotides en aval dans le cadre de lecture de la cible et que l'arrêt de la traduction n'est pas suffisant à l’obtention d'une dégradation rapide d'un ARNm cible. Finalement, j'ai caractérisé un nouveau mécanisme par lequel un sRNA peut réprimer la traduction d’un ARNm en s’appariant loin en amont du SLR par le recrutement de la protéine chaperon Hfq. Nous démontrons que c'est la protéine qui joue le rôle principal dans la compétition avec les ribosomes.

Staphylococcus aureus est une bactérie pathogène de l'homme impliquée dans de nombreuses infections nosocomiales et communautaires. Comme elle acquiert régulièrement de nouvelles résistances à diverses classes d'antibiotiques, il devient urgent de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques. Certains ARN régulateurs (ARNrég) sont importants dans le contrôle de la virulence et de la pathogénie de la bactérie. Au cours de ma thèse, nous avons étudié la fonction d'un ARNrég, appelé SprX (alias RsaOR), exprimé par Staphylococcus aureus. Dans un premier temps, nous avons montré que, dans les souches N315 et HG001, l'expression de SprX varie au cours de la croissance et lors de différentes conditions expérimentales. Dans un second temps, nous avons identifié, par une analyse comparative du protéome, plusieurs protéines dont l'expression est dépendante de SprX et découvert le mécanisme de régulation de l'une de ces protéines par SprX. En effet, SprX interagit avec l'ARNm yabJ-spoVG au niveau des signaux d'initiation de la traduction de SpoVG par un mécanisme antisens qui conduit à la répression de sa traduction. Une boucle accessible de SprX, qui contient un motif riche en C, est impliquée dans la régulation de l'expression de SpoVG et est nécessaire à la modulation de la résistance aux antibiotiques de S. aureus. Nous avons également étudié l'effet des modifications dans la séquence des différentes copies de SprX sur la régulation de l'expression de SpoVG. Ainsi, parmi les deux copies de SprX dans la souche HG001, SprX2 possède une meilleure affinité pour l'ARNm yabJ-spoVG que la copie SprX1. L'ensemble de ces résultats suggèrent que les ARNrég peuvent altérer la résistance des bactéries aux antibiotiques et il est a prévoir que d'autres exemples seront découverts prochainement. / Staphylococcus aureus is a serious human pathogen responsible for both hospital and community-acquired infections. As it becomes alarmingly and increasingly resistant to antibiotics, studies on the mechanisms involved in its virulence is a promising path to develop new treatments. Some, small regulatory RNAs (sRNAs) are important actors in bacterial virulence and pathogenicity. During my thesis, we investigated the functions and the mechanisms of action of a sRNA, named SprX (also known as RsaOR), expressed by the Staphylococcus aureus. First, we demonstrated that, in strains N315 and HG001, SprX expression varies through the growth and among numerous environmental conditions. By a comparative proteomic study, we identified several proteins whose expressions are ‘SprX-dependent’ and elucidated the mechanism of SprX action on one of those proteins. Indeed, SprX interacts specifically with the SpoVG translational initiation site of the yabJ-spoVG mRNA by an antisense mechanism inhibiting its expression. An accessible loop within SprX structure contains a C-rich domain involved in SpoVG regulation and is required and sufficient to modulate bacterial antibiotic resistance. We also studied whether the nucleotides changes between SprX sequence copies could influence SpoVG regulation triggered by SprX. Therefore, among the two copies of SprX in strain HG001, SprX2 has a higher affinity for yabJ-spoVG mRNA than SprX1. Altogether, our results showed that a regulatory RNA can alter bacterial resistance to antibiotics, and additional examples will probably be detected in the near future for more sRNAs and antibiotics.

L'expression des gènes peut être contrôlée à différents niveaux : transcriptionnel post-transcriptionnel, traductionnel et post­-traductionnel. A ce jour la majorité des études se sont concentrées au niveau transcriptionnel, néanmoins l'importance des mécanismes de régulation post-transcriptionnels se fait de plus en plus évidente. Chez les procaryotes cette régulation post-transcriptionnelle est assurée par les ARN régulateurs dont le mécanisme d'action passe par l'interaction directe avec les ARN messagers ou les protéines. Grâce à l'essor des analyses transcriptomiques haut-débit (RNA-seq), l'identification de ces ARN est devenue accessible, en revanche leur caractérisation fonctionnelle demeure toujours un défi. Nous avons identifié de nombreux ARN régulateurs candidats chez Agrobacterium fabrum C58 (anciennement Agrobacterium tumefaciens C58). Cette bactérie commune du sol devient phytopathogène lorsqu'elle porte le plasmide Ti (pour Tumor inducing). Elle est alors responsable de la maladie dite de la galle du collet qui se traduit par la formation de tumeurs chez les plantes. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de caractériser fonctionnellement des ARN régulateurs présent sur le plasmide Ti. Deux candidats ont été étudiés en combinant prédiction de cibles et analyses phénotypiques. Le premier, nommé RNA1111, a été caractérisé tant que régulateur de la virulence. Quant au deuxième, nommé QfsR, nous avons démontré qu'il régulait des gènes responsables du transfert conjugatif du plasmide Ti et de la production du signal de quorum sensing associé, mais également des gènes chromosomiques responsables de la motilité et de la production de succinoglycane. En utilisant un système rapporteur, nous avons également démontré que QfsR agissait via une interaction directe avec les ARN messagers des gènes cibles. QfsR représente le premier exemple d'ARN régulateur plasmidique régulant des cibles chromosomiques. L'existence d'un tel régulateur chez un plasmide présent transitoirement au sein des populations d'Agrobacterium illustre le dialogue entre plasmide et chromosome / Gene expression can be controlled at different levels: transcriptional, post-transcriptional, translational and post-translational. To date, the majority of studies have been concentrated on the transcriptional level, but the importance of post-transcriptional regulation mechanisms is becoming more and more evident. In prokaryotes this post-transcriptional regulation is ensured by regulatory RNAs whose mechanism of action passes through direct interaction with messenger RNAs or proteins. With development of high-throughput transcriptomic analyzes (RNA-seq), the identification of these RNAs has become accessible, but their functional characterization remains challenging. We have identified many candidate regulatory RNAs in Agrobacterium fabrum C58 (formerly Agrobacterium tumefaciens C58). This common bacterium of the soil becomes phytopathogenic when carrying the plasmid Ti (for Tumor inducing). It is then responsible for the so-called grown gall disease which results in the formation of tumors in plants. The objective of this thesis was to characterize functionally regulatory RNAs present on the Ti plasmid. Two candidates were studied by combining target prediction and phenotypic analysis. The first, named RNA1111, was characterized as a regulator of virulence. As for the second, named QfsR, we demonstrated that it regulates genes responsible for the conjugative transfer of the Ti plasmid and the production of the associated quorum sensing signal, as well as chromosomal genes responsible for the motility and succinoglycan production. Using a reporter system, we also demonstrated that QfsR was acting via direct interaction with the messenger RNAs of the target genes. QfsR represents the first example of plasmid regulatory RNA regulating chromosomal targets. The existence of such a regulator in a plasmid transiently present in the populations of Agrobacterium illustrates the dialogue between the plasmid and the chromosome