La réplication de l’ADN est une fonction cellulaire responsable de la duplication du matériel génétique. Elle est assurée par un complexe protéique appelé réplisome. Ce processus est hautement régulé en fonction des conditions de croissance cellulaire. Durant cette thèse je me suis intéressé principalement au contrôle de la réplication par le Métabolisme Central Carboné (MCC) et, dans une moindre mesure, au fonctionnement du réplisome chez la bactérie modèle Bacillus subtilis. J’ai analysé la réplication de l’ADN dans des mutants métaboliques, par deux techniques ; la QPCR et la cytométrie en flux. Mes analyses révèlent que la réplication de l’ADN est dérégulée dans des cellules mutées dans les cinq dernières réactions de la glycolyse et dans celles affectées dans des réactions connectant cette petite région du métabolisme aux autres réactions du MCC (haut de la glycolyse, voie des pentoses phosphate et cycle de Krebs) et au milieu extérieur (voies overflow qui éliminent les métabolites du MCC produits en excès). J’ai constaté que dans ces mutants la réplication commence plutôt et dure plus longtemps que dans une souche sauvage. L’ensemble de ces résultats montre que les réactions situées au cœur du MCC sont importantes pour assurer un bon contrôle temporel de la réplication. J’ai aussi établi que le ppGpp, une petite molécule fonctionnant comme une alarmone de l’état nutritionnelle des cellules, ne joue pas un rôle déterminant dans le contrôle de la réplication par le métabolisme dans des cellules à l’état d’équilibre. L’ensemble de nos connaissances actuelles sur les réplisomes repose essentiellement sur les données accumulées à partir de la dissection du réplisome de la bactérie modèle Escherichia coli et des phages T4 et T7. Chez Bacillus subtilis, deuxième modèle bactérien le mieux connu et représentant des Gram+ à faible GC%, il existe deux ADN polymérases essentielles à la réplication : PolC et DnaE. Nous avons montré que DnaE, comme PolC, fait partie du réplisome. Nos études fournissent une explication moléculaire à la spécialisation de DnaE dans la synthèse du brin d’ADN discontinu. En conclusion, nos résultats montrent que les réplisomes bactériens ont beaucoup plus évolué qu’attendu tant dans leur composition protéique que dans leur organisation et leur fonctionnement. Ils montrent également, et pour la première fois, que le contrôle temporel de la réplication dépend de réactions situées au cœur du MCC chez B. subtilis. Ces données et d’autres de la littérature suggèrent que cette propriété pourrait être universelle et pourrait jouer un rôle important dans la carcinogenèse. / DNA replication is a central cellular function for the duplication of the genetic material. A protein complex that is called replisome carries out this function. The process of replication is highly regulated with respect to cell growth conditions. During my thesis I was primarily interested in the control of replication by the central carbon metabolism (CCM) and to a lesser extent, to the functioning of the replisome in the bacterium Bacillus subtilis. The thesis studied the DNA replication in metabolic mutants by employing two techniques; QPCR and flow cytometry. The analyses showed that DNA replication is deregulated in cells that carry the following mutations: First, cells with mutations in the last 5 reactions of glycolysis. Second, cells with mutations in the reactions that connect the last part of glycolysis to the other parts of CCM (upper part of glycolysis pathway, pentose phosphate and Krebs cycle). Third, cells mutated in the overflow genes (channels that eliminate overflow metabolites produced in excess in CCM). The results demonstrate that in these mutants the replication begins and lasts longer than in the wild strain. All of these results show that the reactions that are centrally located to the CCM are important to ensure a correct control of replication timing. I also found that the ppGpp, a small molecule that functions as an alarmone of nutritional state in the cells, does not play a decisive role in the control of replication by metabolism in cells in steady state. The current knowledge of replisomes is mainly based on accumulated data from the dissection of the replisome of the model bacterium Escherichia coli and the phages T4 and T7. Bacillus subtilis is the second well studied bacterial model, a representative of Gram+ low GC%, it carries –unlike E. coli- two essential DNA polymerases for replication: PolC and DnaE. The thesis showed that DnaE as PolC form a part of the replisome in B. subtilis and provide a molecular explanation to the specialization of DnaE in the synthesis of the DNA lagging strand. In conclusion, the results show that there is much more diversity in the protein composition, organization and functioning of replisomes in bacteria than it is expected. In addition, the thesis concluded for the first time that the temporal control of replication depends on reactions located in the heart of CCM in B. subtilis. This property, in combination with other data from the literature, suggests that it could be universal and play an important role in carcinogenesis.

Les bactéries ont réussi à coloniser toutes les niches écologiques de la planète. Le passage d’un environnement à un autre s’accompagne de la fluctuation de nombreux paramètres environnementaux aboutissant à un stress cellulaire. Directement en contact avec le milieu environnant, l’enveloppe bactérienne est la première barrière contre ces stress extracellulaires. Toute rupture de son intégrité aura des conséquences délétères pour la cellule. Parmi les mécanismes permettant aux bactéries de détecter les changements de conditions environnementales, il existe des systèmes spécifiques appelés ESR (Envelope Stress Response). Ces systèmes maintiennent l’intégrité membranaire en réparant les dommages de l’enveloppe. Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude des mécanismes intrinsèques de résistance chez les bactéries, par la caractérisation d’un nouvel ESR d’E. coli : le système ZraPSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator). ZraPSR est un système à deux composants, composé d’un senseur ZraS, d’un régulateur transcriptionnel ZraR et d’une protéine périplasmique accessoire ZraP. La cascade ZraS-R est activée par des concentrations élevées en Zn et Pb. Ce travail a montré que ZraP établit un rétrocontrôle négatif sur la cascade de signalisation ZraSR par un mécanisme nécessitant sa métallation. Malgré une induction en présence de métaux, nous avons montré que le système ZraPSR ne possède aucun rôle dans l’homéostasie métallique. A contrario, en réponse à des signaux de stress, ZraSR va contribuer à la résistance intrinsèque à certains antimicrobiens. De plus, l’étude du régulon de ZraR a permis de commencer à entrevoir les mécanismes sous-jacents de réponse aux stress antimicrobiens médiée par ZraPSR. Cette réponse intègre des signaux de l’état physiologique de la cellule par l’intermédiaire de régulateurs globaux du métabolisme aboutissant à une réponse optimale. Le système ZraPSR semble donc être un nouveau mécanisme de résistance-croisée aux stress environnementaux. / Bacteria succeed in colonizing all the ecological niches on earth. Transition from one environment to another comes along with the fluctuation in numerous environmental parameters wich induce cellular stress. Directly in contact with the surrounding environment, the bacterial envelope is the first barrier against these extracellular stresses. Any break of its integrity will have deleterious consequences for the cell. Among mechanisms allowing bacteria to detect environmental changes, specific systems called ESR (Envelope Stress Response) have been studied. Such systems maintain membrane integrity by repairing envelope damages. This work takes part in the study of the intrinsic mechanisms of antimicrobial resistance in bacteria, by the characterization of a new ESR of E. coli: the ZraSR (Zinc Resistance Associated Protein Sensor Regulator) system. ZraPSR is a two-component system consisting of a ZraS sensor, a ZraR transcriptional regulator and a ZraP accessory periplasmic protein. The ZraS-R cascade is activated by high concentrations of Zn and Pb. In this study, we showed that ZraP establishes a negative feedback on the ZraSR pathway by a mechanism requiring its metallation. Despite the observed induction in the presence of metals, we showed that the ZraPSR system is not required for metal homeostasis. Whereas, in response to stress signals, ZraSR contribute to intrinsic resistance to certain antimicrobials. Futhermore, the study of the ZraR regulon allowed us to begin glimpsing the underlying mechanisms of antimicrobial stress response mediated by ZraPSR. This response incorporates signals from the physiological state of the cell through global regulators of the metabolism leading to an optimal response. The ZraPSR system seems to be a new cross-resistance mechanism to environmental stresses.