Les données multi-omiques révèlent l’influence du butyrate de sodium sur l’expression génique et la modification des protéines chez les Streptomyces

Contexte académique

Les Streptomyces attirent une grande attention en raison de leurs riches groupes de gènes et de leur potentiel à produire une grande quantité de produits naturels. Les inhibiteurs de l’histone désacétylase (HDAC) jouent un rôle important dans la modification des histones chez les champignons, mais leur rôle chez les procaryotes est peu connu. En particulier chez les Streptomyces, la question de savoir si ces inhibiteurs peuvent influencer la biosynthèse des métabolites secondaires reste un sujet de recherche. Le développement de la bioinformatique moderne a permis de découvrir un grand nombre de groupes de gènes de biosynthèse d’antibiotiques (BGCs) chez les Streptomyces, mais dans les conditions de culture en laboratoire, la plupart de ces groupes de gènes sont silencieux et ne peuvent pas exprimer une variété de produits bioactifs. Par conséquent, l’activation de ces BGCs silencieux est une stratégie importante pour le développement de nouveaux composés bioactifs.

Source de l’article

Cette étude a été rédigée par l’équipe des professeurs Liu Shuangjiang et Tan Huarong de l’Institut de microbiologie de l’Académie chinoise des sciences, et publiée le 2 septembre 2022 dans “Genomics Proteomics & Bioinformatics”. Cet article explore l’impact global de l’inhibiteur de HDAC, le butyrate de sodium (SB), sur la synthèse des métabolites secondaires chez les Streptomyces, en particulier son effet activateur sur les BGCs silencieux.

Processus de recherche

Objet d’étude

Cette étude utilise la souche modèle Streptomyces olivaceus FXJ 8.021, isolée des sédiments marins, pour explorer l’influence du SB sur la biosynthèse des métabolites secondaires. Le séquençage complet du génome de la souche FXJ 8.021 révèle un chromosome linéaire et un plasmide, avec un contenu en GC de 72,39%, codant pour 7385 protéines, 18 ARNr, 66 ARNt et 63 ARN non codants.

Étapes expérimentales

1. Prédiction du contenu en BF et analyse des gènes : Utilisation d’antiSMASH pour analyser le génome de la souche FXJ 8.021, prédisant 33 groupes de gènes de synthèse de métabolites secondaires. Parmi ces groupes de gènes, 14 sont liés à la synthèse de divers métabolites secondaires, y compris les polycétides, les peptides non ribosomiques, etc.
2. Effet du SB sur l’expression des BGCs silencieux : Analyse par RT-PCR et HPLC pour déterminer que le SB peut activer le BGC silencieux de la Lobophorine, et explorer les effets d’autres inhibiteurs de HDAC (SAHA, VA). Les résultats montrent que le SB peut significativement augmenter la biosynthèse de la Lobophorine.
3. Analyse de la structure chimique : Extraction à l’acétate d’éthyle du liquide de fermentation, et analyse par HPLC et RMN pour déterminer les structures chimiques de la Lobophorine A et B.
4. Analyse transcriptomique : Les résultats de RNA-Seq montrent que, en présence de SB, 2471 gènes ont été significativement affectés dans leur niveau d’expression chez FXJ 8.021, dont 1333 gènes surexprimés et 1138 gènes sous-exprimés.

Nouvelles méthodes et techniques

1. Analyse multi-omique : Cette étude combine la génomique, la transcriptomique et l’acétylomique des protéines pour élucider la réponse cellulaire globale des Streptomyces au SB.
2. Analyse des réseaux d’interaction protéique : Utilisation de réseaux d’interaction protéine-protéine (PPI) pour analyser les relations hiérarchiques complexes de la régulation de l’expression des gènes et de la synthèse des métabolites par le SB chez les Streptomyces.

Principaux résultats de recherche

1. Activation des groupes de gènes : L’analyse RT-PCR est cohérente avec les prédictions d’antiSMASH, montrant que le SB active le BGC silencieux de la Lobophorine. Les données de RNA-Seq confirment la surexpression des gènes de biosynthèse de la Lobophorine.
2. Analyse acétylomique : L’analyse LC-MS/MS montre les changements d’acétylation des protéines chez FXJ 8.021 après traitement au SB, identifiant 1473 protéines acétylées, avec 218 sites d’acétylation surexprimés et 411 sites d’acétylation sous-exprimés.
3. Accumulation de molécules précurseurs : Après traitement au SB, les concentrations intracellulaires des précurseurs esters de CoA (comme l’acétyl-CoA, le méthylmalonyl-CoA) ont significativement augmenté chez FXJ 8.021, favorisant la biosynthèse de la Lobophorine.

Conclusion

Cette étude révèle que l’inhibiteur de HDAC, le SB, active les groupes de gènes de synthèse des métabolites secondaires en régulant les niveaux d’acétylation des protéines chez les Streptomyces, favorisant ainsi l’accumulation de précurseurs métaboliques. Cette recherche fournit non seulement une stratégie efficace pour activer les BGCs silencieux chez les Streptomyces, mais approfondit également notre compréhension de la régulation du métabolisme primaire et secondaire par l’acétylation des protéines chez les Streptomyces.

Signification et valeur applicative de la recherche

1. Valeur scientifique : L’étude révèle l’impact global du SB sur la synthèse des métabolites secondaires chez les Streptomyces, fournissant un exemple d’application des inhibiteurs de HDAC bactériens dans la régulation du métabolisme microbien.
2. Valeur applicative : En activant les BGCs silencieux, cette recherche offre une méthode potentielle pour développer de nouveaux antibiotiques, contribuant ainsi à relever les défis de santé publique posés par la résistance aux antibiotiques et les agents pathogènes émergents.

Points forts de la recherche

1. Nouvel antibiotique découvert : Confirmation pour la première fois que le SB peut activer le groupe de gènes silencieux de la Lobophorine chez les Streptomyces, révélant le mécanisme potentiel de régulation de la modification par acétylation chez les bactéries.
2. Technologie innovante : Application intégrée de méthodes d’analyse multi-omiques pour révéler systématiquement la réponse cellulaire complexe des Streptomyces en présence de SB.
3. Impact étendu : En régulant les niveaux d’acétylation chez les Streptomyces, l’étude démontre le potentiel d’application du SB dans l’amélioration de la production de substances bioactives.

Autres informations précieuses

L’équipe de recherche souligne l’analyse approfondie du traitement au SB sur l’acétylation des protéines et les changements globaux d’acétylation. À l’avenir, en se basant sur cette étude, ils exploreront davantage les mécanismes de régulation fine des protéines associées au nucléoïde bactérien (NAPs) et étendront l’application de ces petites molécules inhibitrices dans la régulation et l’utilisation du métabolisme microbien.