Isolement Des Gènes Codant Pour Une ADN Topoisomerase De
Type II Chez L'eubactérie Hyperthermophile Thermotoga Maritima .Gyrase Ou Décaténase?
Olivier GUIPAUD, Bernard LABEDAN, Patrick FORTERRE
Institut de Génétique et Microbiologie, BMGE, Université Paris-Sud, Bât. 409
91405 Orsay Cedex, France.
Les ADN topoisomérases de type II sont présentes dans les organismes des trois
domaines du monde vivant (Eucarya, Bacteria, Archaea). Deux différentes ADN
topoisomérases II ont été découvertes dans le domaine Bacteria, l'ADN gyrase et l'ADN
topoisomérase IV. Ces deux enzymes, hétérotétramériques, proviennent sans doute d'une
duplication de gènes et coexistent dans la cellule des bactéries mésophiles. Elles sont très
similaires mais ont des activités et des rôles fondamentalement différents : la gyrase est
responsable du surenroulement négatif tandis que la topoisomérase IV décatène les
chromosomes à la fin de la réplication.
Jusqu'à présent, l'activité gyrase est une particularité des bactéries mésophiles. Nous
avons alors entrepris l'étude des topoisomérases II chez les hyperthermophiles. Ces
organismes, qu'il s'agisse d'Archaea ou de Bacteria, sont typiquement pourvus de la gyrase
inverse (une ADN topoisomérase de type I ATP-dépendante qui surenroule positivement
l'ADN). Il nous paraît donc intéressant de déterminer si des activités gyrase et gyrase inverse
peuvent coexister au sein d'un même organisme et, de façon plus générale, d'étudier quels
mécanismes contrôlent la superhélicité de l'ADN chez les hyperthermophiles.
Nous rapportons ici l'isolement de gènes gyrB-like et gyrA-like de l'eubactérie
hyperthermophile Thermotoga maritima. Ces gènes ont été amplifiés par PCR en utilisant,
d'une part des amorces dégénérées basées sur les similaritiés de séquence qui existent entre les
régions hautement conservées de plusieurs gyrases et topoisomerases IV, et d'autre part des
amorces dégénérées basées sur les résultats de Palm et col. (1), lesquels ont montré que les
microséquences N-terminales de deux polypeptides copurifiés avec l' ARN polymérase de T.
maritima présentent des similarités de séquence avec les sous-unités GyrA et GyrB des gyrases
bactériennes. Ces gènes ont été clonés et séquencés (partiellement pour le gène codant pour la
sous-unité A). Les protéines codées par ces gènes correspondent aux polypeptides isolés par
Palm et col. et présentent de fortes similarités de séquences avec les gyrases et topoisomérases
IV bactériennes (40 à 55% d'identité en acides aminés). Nous les avons nommées Top2A and
Top2B. Elles ne présentent pas de différences majeures avec les sous-unités des topoisomérases
II connues, si ce n'est un fort pourcentage en acides aminés chargés (35% contre 30%). Elles
appartiennent donc à la famille de topoisomérases II connue. À l'examen de la séquence
primaire, en incluant un phylogramme des topoisomérases II, il est impossible de savoir si
l'activité est la gyration ou la relaxation/décaténation. Cependant, plusieurs points suggèrent
qu'une seule topoisomérase II est présente chez cet organisme et que, de plus, cette protéine
ressemble à la topoisomérase IV de E. coli ou à la topoisomérase II des eucaryotes (dont
l'activité est la relaxation/décaténation). Ces points portent sur le nombre de gènes de
topoisomérase II chez T. maritima (nous n'avons détecté qu'un seul gène codant pour une sous-
unité B), sur les activités protéiques d'extraits partiellement purifiés (relaxation/décaténation) et
sur la topologie du plasmide pRQ7 (probablement relâché) de Thermotoga sp. souche RQ7 .
Des études plus poussées devront être faîtes pour confirmer ces résultats.
Références
- Palm, P., Schleper, C., Arnoldammer, I., Holz, I., Meier, T., Lottspeich, F. and Zillig,
W., (1993).
The DNA-dependent RNA-polymerase of Thermotoga maritima ; characterization of the
enzyme and the DNA sequence of the genes for the large subunit.
Nucl. Acids Res. 21:4904-4908.