Des liens de caténation sont progressivement crées lors de la réplication de l’ADN et sont responsables de la cohésion des chromatides sœurs. La topoisomérase IV est une topoisomérase de type II impliquée dans la résolution de ces liens de caténation accumulés derrière la fourche de réplication, et lors de la dernière étape de séparation des chromatides sœurs à la fin de la réplication. Nous avons étudié la liaison de la topoIV à l’ADN ainsi que son activité catalytique à l’aide de méthodes de biologie moléculaire et de génomique. Une expérience de ChIPseq a révélé que l’interaction de la topoIV de chez E.coli avec l’ADN est contrôlée par la réplication. Durant la réplication, la topoIV a accès à des centaines de sites sur l’ADN mais ne se lie qu’à quelques sites où elle exerce son activité catalytique. La conformation locale de la chromatine et l’expression des gènes influencent la sélection de certains sites. De plus, une forte liaison et une activité catalytique renforcée a été trouvée au site de résolution des dimers, dif. Le site dif est situé à l’opposé de l’origine de réplication dans le macrodomaine ter. Nous avons montré qu’il existe une interaction physique et fonctionnelle entre la topoIV et la recombinase XerCD, qui agit au site dif. Cette interaction est médiée par MatP, une protéine essentielle dans l’organisation du macrodomaine ter. L’ensemble de ces résultats montre que la topoIV, XerCD/dif et MatP œuvrent ensemble pour permettre l’étape finale de ségrégation des chromosomes lors du cycle cellulaire. / Catenation links between sister chromatids are formed progressively during DNA replication and are involved in the establishment of sister chromatid cohesion. Topo IV is a bacterial type II topoisomerase involved in the removal of catenation links both behind replication forks and after replication during the final separation of sister chromosomes. We have investigated the global DNA-binding and catalytic activity of Topo IV in E. coli using genomic and molecular biology approaches. ChIP-seq revealed that Topo IV interaction with the E. coli chromosome is controlled by DNA replication. During replication, Topo IV has access to most of the genome but only selects a few hundred specific sites for its activity. Local chromatin and gene expression context influence site selection. Moreover strong DNA-binding and catalytic activities are found at the chromosome dimer resolution site, dif, located opposite the origin of replication. We reveal a physical and functional interaction between Topo IV and the XerCD recombinases acting at the dif site. This interaction is modulated by MatP, a protein involved in the organization of the Ter macrodomain. These results show that Topo IV, XerCD/dif and MatP are part of a network dedicated to the final step of chromosome management during the cell cycle.

Les topoisomérases I (topA) et III (topB) sont les deux topoisomérases (topos) de type IA d’Escherichia coli. La fonction principale de la topo I est la relaxation de l’excès de surenroulement négatif, tandis que peu d’information est disponible sur le rôle de la topo III. Les cellules pour lesquelles les deux topoisomérases de type IA sont manquantes souffrent d’une croissance difficile ainsi que de défauts de ségrégation sévères. Nous démontrons que ces problèmes sont majoritairement attribuables à des mutations dans la gyrase qui empêchent l’accumulation d’excès de surenroulement négatif chez les mutants sans topA. L’augmentation de l’activité de la gyrase réalisée par le remplacement de l’allèle gyrB(Ts) par le gène de type sauvage ou par l’exposition des souches gyrB(Ts) à une température permissive, permet la correction significative de la croissance et de la ségrégation des cellules topos de type IA. Nous démontrons également que les mutants topB sont hypersensibles à l’inhibition de la gyrase par la novobiocine. La réplication non-régulée en l’absence de topA et de rnhA (RNase HI) augmente la nécessité de l’activité de la topoisomérase III. De plus, en l’absence de topA et de rnhA, la surproduction de la topoisomérase III permet de réduire la dégradation importante d’ADN qui est observée en l’absence de recA (RecA). Nous proposons un rôle pour la topoisomérase III dans la ségrégation des chromosomes lorsque l’activité de la gyrase n’est pas optimale, par la réduction des collisions fourches de réplication s’observant particulièrement en l’absence de la topo I et de la RNase HI. / E. coli possesses two type IA topoisomerases (topos), namely topo I (topA) and topo III (topB). The major function of topo I is the relaxation of excess negative supercoiling. Much less is known about the function of topo III. Cells lacking both type IA topos suffer from severe chromosome segregation and growth defects. We show that these defects are mostly related to the presence of gyrase mutations that prevent excess negative supercoiling in topA null mutants. Indeed, increasing gyrase activity by spontaneous mutations, by substituting a gyrB(Ts) allele for a wild-type one or by exposing cells carrying the gyrB(Ts) allele to permissive temperatures, significantly corrected the growth and segregation defects of cells lacking type IA topo activity. We also found that topB mutants are hypersensitive to novobiocin due to gyrase inhibition. Our data also suggest that unregulated replication occurring in the absence of topA and rnhA (RNase HI) exacerbates the need for topo III activity. Moreover, when topA and rnhA were absent, we found that topo III overproduction reduced the extensive DNA degradation that took place in the absence of recA (RecA). All together, our results lead us to propose a role for topo III in chromosome segregation when gyrase activity is suboptimal, thus reducing replication forks collapse, especially when replication is unregulated due to the absence of topo I and RNase HI.

Les topoisomérases I (topA) et III (topB) sont les deux topoisomérases (topos) de type IA d’Escherichia coli. La fonction principale de la topo I est la relaxation de l’excès de surenroulement négatif, tandis que peu d’information est disponible sur le rôle de la topo III. Les cellules pour lesquelles les deux topoisomérases de type IA sont manquantes souffrent d’une croissance difficile ainsi que de défauts de ségrégation sévères. Nous démontrons que ces problèmes sont majoritairement attribuables à des mutations dans la gyrase qui empêchent l’accumulation d’excès de surenroulement négatif chez les mutants sans topA. L’augmentation de l’activité de la gyrase réalisée par le remplacement de l’allèle gyrB(Ts) par le gène de type sauvage ou par l’exposition des souches gyrB(Ts) à une température permissive, permet la correction significative de la croissance et de la ségrégation des cellules topos de type IA. Nous démontrons également que les mutants topB sont hypersensibles à l’inhibition de la gyrase par la novobiocine. La réplication non-régulée en l’absence de topA et de rnhA (RNase HI) augmente la nécessité de l’activité de la topoisomérase III. De plus, en l’absence de topA et de rnhA, la surproduction de la topoisomérase III permet de réduire la dégradation importante d’ADN qui est observée en l’absence de recA (RecA). Nous proposons un rôle pour la topoisomérase III dans la ségrégation des chromosomes lorsque l’activité de la gyrase n’est pas optimale, par la réduction des collisions fourches de réplication s’observant particulièrement en l’absence de la topo I et de la RNase HI. / E. coli possesses two type IA topoisomerases (topos), namely topo I (topA) and topo III (topB). The major function of topo I is the relaxation of excess negative supercoiling. Much less is known about the function of topo III. Cells lacking both type IA topos suffer from severe chromosome segregation and growth defects. We show that these defects are mostly related to the presence of gyrase mutations that prevent excess negative supercoiling in topA null mutants. Indeed, increasing gyrase activity by spontaneous mutations, by substituting a gyrB(Ts) allele for a wild-type one or by exposing cells carrying the gyrB(Ts) allele to permissive temperatures, significantly corrected the growth and segregation defects of cells lacking type IA topo activity. We also found that topB mutants are hypersensitive to novobiocin due to gyrase inhibition. Our data also suggest that unregulated replication occurring in the absence of topA and rnhA (RNase HI) exacerbates the need for topo III activity. Moreover, when topA and rnhA were absent, we found that topo III overproduction reduced the extensive DNA degradation that took place in the absence of recA (RecA). All together, our results lead us to propose a role for topo III in chromosome segregation when gyrase activity is suboptimal, thus reducing replication forks collapse, especially when replication is unregulated due to the absence of topo I and RNase HI.