Les ISCR constituent une famille de séquences d’insertions bactériennes décrits récemment dans des contextes cliniques et d’antibiorésistance. Les transposases codées par ces IS appartiennent à la famille des HUH transposases qui transposent selon un mécanisme en cercle roulant. Néanmoins, aucune donnée expérimentale n’existe à ce jour. La famille ISCR compte 19 membres mais ont été peu caractérisés. C’est pourquoi, nous avons fait une mise à jour des informations sur ces éléments en analysant in silico les principales caractéristiques par une étude in silico. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’implication de l’élément ISCR1 dans l’expression de la région variable en aval. Cet élément contient deux promoteurs orientés vers l’extérieur (POUT) dans sa région en 3’. Après une analyse de la diversité des gènes, nous avons remarqué que la plupart des gènes en aval étaient orientés dans le même sens que ces POUT et qu’ils pouvaient être exprimés à partir des deux promoteurs. Nous avons montré que pour deux gènes de résistance dfrA19 et blaCTX-M-9, ces promoteurs augmentent le niveau d’expression. De plus, la région contenant les deux promoteurs est nécessaire pour que l’expression de blaCTX-M-9 confère un phénotype de résistance. En parallèle, nous avons déterminé la régulation du promoteur du gène de la transposase de ISCR1. Nous avons identifié des motifs de régulation pour les régulateurs LexA et OmpR et déterminé expérimentalement que le promoteur du gène de la transposase de ISCR1 était régulé de façon négative par la protéine LexA, régulateur majeur de la réponse SOS et de façon positive par la protéine OmpR en conditions hypo-osmotiques. Nous proposons donc un modèle selon lequel ISCR1 est un élément dont la mobilité serait conditionnée par des facteurs environnementaux et en même temps, assurerait l’expression constitutive de gènes en aval, notamment impliqués dans l’antibiorésistance. / ISCR are a bacterial insertion sequences, recently described in clinical settings, frequently related to antibiotic resistance. These ISCR-encoded transposases belong to the well-known HUH transposases family, which transpose by rolling-circle replication. However, the transposition mechanism of ISCR transposases has not been shown experimentally. ISCR family includes 19 members and has not been well characterized yet. Therefore, we updated in silico already known characteristics for each ISCR element. Then, we investigated the involvement of ISCR1 in the expression of the downstream genes. Indeed, ISCR1 carries two outward-oriented promoters called POUT. By analyzing the diversity of the downstream region, we found that most of genes were in the same orientation as POUT promoters, suggesting these downstream genes are expressed from POUT. It thus showed that these two promoters are able to express two antibiotic resistance genes (dfrA19 and blaCTX-M-9 ). Moreover, the region containing POUT is essential to provide an ESBL-resistance phenotype for blaCTX-M-9 gene. Moreover, we also wanted to analyze the regulatory network involved in the expression of the ISCR1 transposase, RCR1. We experimentally determined that two regulatory proteins LexA and OmpR, involved in response to different stress (DNA damages and osmotic shock), control the activity of rcr1 promoter. LexA protein represses Prcr1 whereas OmpR activates Prcr1 in hypo-osmotic conditions. Here, we propose a model in which ISCR1 transposition would be the control of environmental stresses and at the same time, insured the expression of downstream antibiotic resistance genes.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.

Os cofatores de ferro-enxofre [Fe-S] estão entre os mais versáteis e antigos cofatores enzimáticos encontrados na natureza. As células têm explorado as propriedades eletrônicas e estruturais destes cofatores inorgânicos para uma ampla variedade de atividades incluindo a transferência de elétrons, a catálise e a ativação de substratos. Um grande número de proteínas está envolvido na biogênese dos cofatores [Fe-S], e este processo pode ser dividido em três etapas principais: (i) formação do enxofre elementar, (ii) montagem do cofator [Fe-S], e (iii) inserção do cofator em apoproteínas. As plantas realizam fotossíntese e respiração, dois processos que requerem proteínas Fe-S, sendo os únicos organismos em que a biossíntese destas proteínas é compartimentalizada. Diversos fatores afetam o desenvolvimento das plantas, entre eles, a temperatura baixa, fator limitante à produtividade e à distribuição geográfica das plantas, incluindo Eucalyptus grandis, uma espécie com grande importância econômica. Devido a esse fato, foi realizada uma análise transcricional dos genes codificados pelo sistema ISC de biossíntese de cofatores [Fe-S] NFS1, ISA1 e ISU1 de E. grandis por meio de PCR quantitativa (RT-qPCR), após plântulas desta espécie serem submetidas ao tratamento de frio. O gene NFS1 teve sua expressão reprimida nas primeiras 48 horas de tratamento, porém, após esse período observa-se um aumento da expressão gênica em relação à condição controle. O genes ISU1 e ISA1 apresentaram maior expressão gênica nas primeiras duas horas de tratamento, diminuindo drasticamente logo após este período. Foi verificado um aumento na quantidade relativa de Fe e S nos nas plântulas submetidas ao tratamento de frio, indicando um possível aumento na quantidade de cofatores [Fe-S] requeridos para o reestabelecimento da homeostase celular. As bactérias, por sua vez, desenvolveram pelo menos três sistemas de biossíntese, altamente conservados, que estão envolvidos na formação dos cofatores [Fe-S], sendo estes NIF, ISC e SUF. Em muitas proteobactérias, a regulação da produção de cofatores [Fe-S] pelos sistemas ISC e SUF é controlada por uma única proteína, IscR, pertencente à família de reguladores Rrf2. A proteína IscR possui um domínio de ligação ao DNA na região N-terminal e um segundo domínio de ligação de cofatores com três resíduos de cisteínas (Cys) altamente conservados. A ligação de um cofator do tipo [2Fe-2S] reprime a transcrição do seu próprio promotor in vitro. O genoma de Azotobacter vinelandii não inclui um sistema SUF completo e, portanto, permite o estudo dos efeitos da regulação de IscR não relacionada a SUF. No presente trabalho, objetivamos analisar a expressão do operon isc em linhagens selvagens e mutantes para IscR de A. vinelandii por meio das técnicas de sequenciamento do transcritoma e RT-qPCR. As substituições das Cys92, Cys104, His107 e a deleção de 120 pb da região codificadora do segundo domínio de IscR levaram à indução de um aumento da expressão de todo o operon isc. Notou-se também uma diferença fenotípica clara no tamanho das colônias portadoras das substituições de Cys e His, sendo estas menores em relação à linhagem selvagem. As substituições das Cys98 e Cys111, ou ainda a dupla substituição Cys98/111 não levaram a alteração da expressão do operon. A ligação ou não do cofator [Fe-S] é, portanto, responsável pela regulação do operon isc em A. vinelandii, bem como, de outros operons codificadores de proteínas envolvidas em cadeias tranportadoras de elétrons. / The iron-sulfur clusters [Fe-S] are among the oldest and most versatile enzyme cofactors found in nature. The cells have explored the structural and electronic properties of these inorganic clusters for a wide variety of activities including electron transfer, catalysis and activation of substrates. A large number of proteins is involved in the biogenesis of the [Fe-S] clusters, and this process can be divided into three main steps: (i) formation of elemental sulfur, (ii) assembly of the [Fe-S] cluster and (iii) insertion into apoproteins. Plants perform photosynthesis and respiration, two processes that require Fe-S protein, and in these organisms the synthesis of these proteins is compartmentalized. Several factors affect the development of plants, among them, the low temperature is a limiting factor to productivity and geographical distribution of plants, including Eucalyptus grandis, a specie with great economic importance. Due to this fact, we performed a transcriptional analysis by quantitative PCR (RT-qPCR) of the genes encoded by the E. grandis [Fe-S] cluster ISC system NFS1, ISA1 and ISU1 after seedlings were submitted to the chilling treatment. The NFS1 gene expression is repressed in the first 48 hours of treatment, but after this period there was an increase in gene expression relating to the control condition. The genes ISU1 and ISA1 showed higher gene expression in the first two hours of treatment, followed by a sharp decrease. There was an increase in the relative amount of Fe and S in the seedlings subjected to cold treatment, indicating a possible increase in the amount of [Fe-S] clusters, required for the reestablishment of cellular homeostasis. Bacteria have developed at least three synthesis systems, highly conserved, which are involved in the formation of Fe-S proteins, NIF, ISC and SUF. In many proteobacteria, the regulation of clusters production by ISC and SUF is controlled by a single protein, IscR, belonging to the Rrf2 regulators family. The protein IscR has a DNA binding site at the N-terminal domain and second cofactors binding domain with three cysteine residues (Cys) highly conserved. The binding of a [2Fe-2S] cluster represses the transcription of its own promoter in vitro. The genome of Azotobacter vinelandii does not include a full SUF system and thus permits the study of the effects of IscR regulation unrelated to SUF. In this study, the aim was to analyze the expression of isc operon in wild type and mutant strains of A. vinelandii IscR by the techniques of the transcriptome sequencing and qRT-PCR. The replacement of Cys92, Cys104, His107 and a deletion of 120 bp region encoding the second IscR domain led to an increased expression of the whole isc operon. It also showed a clear phenotypic difference in colonies size in the strains carrying the substitutions of His and Cys, it was smaller compared to the wild type strain. The replacement of Cys98 and Cys111, or the double substitution Cys98/111 not led to an altered operon expression. The [Fe-S] cluster binding or not, is therefore responsible for the regulation of the isc operon in A. vinelandii as well as of other operons encoding proteins involved in electron tranport chains.