Parmi les régulateurs nucléiques, les petits ARN régulateurs sont un moyen rapide d’adaptation. On les retrouve dans tous les domaines du vivant. Chez les bactéries, l’action d’un grand nombre d’entre eux dépend de la protéine chaperonne d’ARN Hfq. Leur mode d’action consiste à d’apparier directement à l’ARNm cible par complémentarité imparfaite de séquence. Il en résulte une régulation positive ou négative, de la traduction et/ou de la stabilité de l’ARNm cible.Au cours de la première partie cette thèse, nous avons essayé de caractériser la régulation des ARNm par les petits ARN régulateurs. Pour ce faire, nous avons étudiés les différents composants de cette régulation et nous avons pu montrer que les sites de fixation à la protéine Hfq sur les ARN devaient être compatibles pour obtenir une régulation optimale des ARNm par les petits ARN régulateurs.Lors de la seconde partie de la thèse, nous avons pu identifier un nouveau type de régulation des ARNm par les petits ARN régulateurs : la polarité transcriptionnelle. Nous avons pu montrer que la fixation du petit ARN ChiX sur la région 5’UTR de l’ARNm chiPQ entrainer l’inhibition de la traduction de chiP mais également une terminaison prématurée rho-dépendante de la transcription de l’ARNm.Nous avons par la suite cherché à savoir si ce type de régulation pouvait se retrouver dans la régulation d’autre ARNm comme l’opéron dppABCDF et l’opéron pgaABCD. En parallèle de ces études, nous avons également essayé de caractérisé la terminaison Rho-dépendante entre S. Typhimurium et E.coli au sein de l’ARNm chiPQ. / Among the nucleic regulators, small regulatory RNAs are a quick way to adapt. They are found in all areas of life. In bacteria, the action of a large number of them depends on the chaperone protein of Hfq RNA. Their mode of action consists of matching directly to the target mRNA by imperfect complementary sequence. This results in a positive or negative control, translation and/or stability of the target mRNA.During the first part of this thesis, we have tried to characterize the regulation of mRNA by small regulatory RNAs. To do this, we studied the different components of this regulation and we have shown that the binding sites on protein Hfq on RNA should be consistent for optimal regulation of mRNA by small regulatory RNAs.In the second part of the thesis, we identified a new type of mRNA regulation by small RNA regulators: transcriptional polarity. We could show that the fixing of small RNA ChiX on the 5 'UTR region of the mRNA chiPQ cause inhibition of translation of chiP but also a Rho-dependent premature termination of mRNA transcription.We subsequently investigated whether this type of regulation could be in the control of other mRNAs as dppABCDF’s operon and pgaABCD’s operon. In parallel with these studies, we have also tried characterized Rho-dependent termination between S. Typhimurium and E. coli in mRNA chiPQ.

Le facteur bactérien Rho est une ARN hélicase toroïdale utilisant l’énergie issue de l’hydrolyse d’ATP pour transloquer le long de brins ARN et dissocier les obstacles moléculaires se trouvant sur son chemin. La fonction majeure de Rho est de provoquer la terminaison de la transcription. Les nombreuses études du facteur Rho d’E. coli (EcRho) ont montré que l’enzyme se fixe aux régions nues des transcrits naissants au niveau de sites Rut (Rho utilization) et utilise son activité de translocase ATPase-dépendante pour rattraper l’ARN polymérase et provoquer la dissociation du complexe d’élongation de la transcription. EcRho est impliquée dans 20 à 50 % des évènements de terminaison de la transcription chez E. coli et contribue à la régulation globale ainsi qu’à la protection du génome bactérien via divers mécanismes complexes. Le spectre d’activité restreint de la Bicyclomycine (BCM) – un antibiotique inhibant la fonction ATPase de Rho – suggère que Rho, bien qu’essentielle chez la plupart des espèces Gram- comme E. coli, est superflue chez la plupart des espèces Gram+. Pour vérifier cette hypothèse et mieux comprendre l’importance de Rho au sein de la diversité bactérienne, nous avons évalué la distribution et la conservation phylogénétique de Rho en utilisant les banques publiques de données génomiques et protéomiques. Nous avons observé que ~92% des espèces analysées (représentant la plupart des phyla bactérien) possèdent Rho (ou un gène rho) et que la présence de ce dernier semble être corrélée avec la complexité du génome, du programme de régulation et de l’écosystème de la bactérie. Cette complexité est illustrée par notre découverte que la protéine régulatrice CsrA contrôle la terminaison Rho-dépendante dans la partie 5’ UTR de l’opéron pgaABCD dont l’expression est critique pour la formation de biofilms par E. coli. En parallèle de ce travail, nous avons testé la proposition récente que le facteur Rho de Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) opère par un mécanisme atypique indépendant de son activité ATPase, ce qui le rendrait insensible à la BCM. Nos résultats réfutent cette hypothèse et démontrent sans équivoque que MtbRho utilise un mécanisme similaire à celui de EcRho, pouvant être inhibé par la BCM (mais nécessitant des doses particulièrement élevées). L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles informations illuminant le rôle, le mécanisme et l’importance de Rho au sein de la biodiversité et conforte Rho comme cible prometteuse pour le développement de nouveaux antibiotiques. / The bacterial Rho factor is a ring-shaped, hexameric RNA helicase which uses the energy derived from ATP hydrolysis to translocate along RNA strands, disrupting molecular roadblocks in its way. A major function of Rho is to induce termination of transcription. Extensive studies of the prototypical Rho factor from E. coli (EcRho) indicate that the enzyme binds naked regions of nascent RNA transcripts at the level of Rut (Rho utilization) sites and, then, uses its ATPase-dependent translocase activity to catch up with RNA polymerase and to trigger dissociation of the transcription elongation complex. EcRho is implicated in 20 to 50 % of all transcription termination events in E. coli and contributes to the global regulation and protection of the bacterial genome through various sophisticated mechanisms. The limited spectrum of activity of the antibiotic Bicyclomycin (BCM) – an inhibitor of Rho’s ATPase – suggests that Rho, while critical in many Gram- species such as E. coli, is dispensable in most Gram+ species. To verify this assumption and better understand the importance of Rho across the biodiversity, we assessed the phylogenetic distribution and conservation of Rho using public ‘omics’ databases. We found Rho (or a rho ORF) in ~92% of analyzed species (representing most bacterial phyla), its presence seemingly related to the complexity of the bacterial genome, regulatory program, and ecosystem. An illustration of this complexity is our discovery that regulatory protein CsrA mediates Rho-dependent termination in the 5’UTR of the pgaABCD operon whose expression is critical for biofilm formation by E. coli. In parallel, we tested the recent proposal that the Rho factor of Mycobacterium tuberculosis (MtbRho) operates by an atypical, ATPase-independent mechanism that would make it immune to BCM. Our results rule out this possibility and unambiguously show that MtbRho uses a mechanism similar to that of EcRho, one that can be inhibited by BCM (albeit at unusually high concentrations). Overall, this work provides key, new information to better understand the role, mechanism, and importance of Rho across the bacterial diversity and endorses Rho as a promising target for the development of new antibiotics.

Two mechanisms, intrinsic and factor-dependent, have evolved for accomplishing the termination of transcription in eubacteria. In this thesis, the first chapter is an introduction to the topic that presents what is known about the mechanisms of termination. The properties of the primary and secondary ‘players’- intrinsic terminators, Rho protein, rho-dependent terminators, RNA polymerse and Nus factors - are presented and the known mechanisms by which termination functions are discussed. In Chapter 2, a detailed analysis of intrinsic terminators – their differential distribution, similarity and divergence - has been penned. The database, compiled using the program GeSTer (Genome Scanner for Terminators), comprises ~2000 sequences and is one of the largest of its kind. Furthermore, analyzing the data from over 700 bacteria reveals how different species have fine-tuned intrinsic terminators to suit their cellular needs. Non-canonical intrinsic terminators emerge to be a significant fraction of the observed structures. The conserved structural features of identified intrinsic terminators are discussed and the relationship between the two modes of termination is assessed. Chapter 3 deals with the importance of transcription termination in regulating horizontally acquired DNA. The results show that genomic islands are scarce in intrinsic terminators and thus constitute most likely sites for Rho-dependent termination. Plausible reasons for why such a scenario has evolved are discussed and a generally applicable model is presented. Chapters 4 and 5 focus on Rho protein from Mycobacterium tuberculosis. In silico identification of M. tuberculosisgenes that rely on MtbRho-dependent termination is followed by experimental validation. The data show that Rho-dependent termination is the predominant mechanism in this species.MtbRho is a majorly expressed protein that governs termination of protein-coding and non-protein coding genes. Further, MtbRho can productively interact with RNA that has considerable secondary structure. Such interactions cause conformational changes in the enzyme. Given that MtbRho has to function with a GC-rich transcriptome, the altered properties could have evolved for optimal function. Taken together, the thesis extends our current understanding of both modes of termination. The importance of non-canonical intrinsic terminators in mycobacteria and other organisms is discussed. The unusual function of Rho and its predominant role in mycobacteria is elucidated. Finally, the inter-relationship between the two modes of termination is also discussed.