RsaI, a multifaceted regulatory RNA, modulates the metabolism of the opportunistic pathogen Staphylococcus aureus RsaI, un ARN régulateur aux multiples facettes, module le métabolisme du pathogène opportuniste Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale retrouvée chez environ 30 % des individus sains dont elle colonise la peau et la muqueuse nasale. Cependant, c’est également une bactérie pathogène opportuniste responsable d’infections diverses telles que orgelet, ostéomyélite, endocardite, ou encore septicémie en envahissant un grand nombre de tissus et d’organes. Cette bactérie est capable de s’adapter à des conditions hostiles et variées, telles que carence nutritive et stress osmotique, oxydant, ou thermique, ainsi qu’à la réponse immunitaire de l’hôte, car elle produit une grande diversité de facteurs de virulence. La synthèse de ces facteurs est finement régulée par des protéines et des ARN régulateurs majoritairement non codants, souvent désignés par l’abréviation sARN (dérivée de l’anglais, small RNA). Les facteurs de transcription et les systèmes à deux composants contrôlent l’expression des gènes impliqués non seulement dans le métabolisme, mais aussi dans la réponse au stress et la virulence [1]. Par exemple, la protéine du contrôle catabolique (carbon catabolite control protein A, CcpA) a un rôle essentiel dans le choix de la source carbonée en régulant le métabolisme central de la bactérie ainsi que la virulence [2, 3]. CcpA se fixe à une séquence promotrice spécifique appelée cre (catabolite-responsive element), qui est très conservée chez les bactéries à Gram positif [2]. Quant aux sARN, ils interagissent principalement avec leurs ARN messagers (ARNm) cibles. L’hybridation peut conduire à la stabilisation/déstabilisation de l’ARNm ou à l’activation/répression de sa traduction [4]. Nous avons montré que la transcription du sARN RsaI (RNA Staphylococcus aureus I) est réprimée par CcpA en présence de glucose [5]. L’induction de la synthèse de RsaI signale que la concentration en glucose diminue dans le milieu extracellulaire et que la croissance des bactéries est ralentie. En interagissant avec ses ARNm cibles ou d’autres sARN, il permet à la population bactérienne de modifier son métabolisme lorsque la source carbonée primaire est consommée

Nucleic Acids Res

Cells adapt to environmental changes by efficiently adjusting gene expression programs. Staphylococcus aureus, an opportunistic pathogenic bacterium, switches between defensive and offensive modes in response to quorum sensing signal. We identified and studied the structural characteristics and dynamic properties of the core regulatory circuit governing this switch by deterministic and stochastic computational methods, as well as experimentally. This module, termed here Double Selector Switch (DSS), comprises the RNA regulator RNAIII and the transcription factor Rot, defining a double-layered switch involving both transcriptional and post-transcriptional regulations. It coordinates the inverse expression of two sets of target genes, immuno-modulators and exotoxins, expressed during the defensive and offensive modes, respectively. Our computational and experimental analyses show that the DSS guarantees fine-tuned coordination of the inverse expression of its two gene sets, tight regulation, and filtering of noisy signals. We also identified variants of this circuit in other bacterial systems, suggesting it is used as a molecular switch in various cellular contexts and offering its use as a template for an effective switching device in synthetic biology studies

Des ARN non-codants au cœur du métabolisme des sucres : nouveaux mécanismes et impact sur l'adaptation et la virulence

Staphylococcus aureus is a human opportunist pathogenic bacterium capable to colonize different host tissues and organs and therefore generates multiple infectious conditions. Its pathogenic power is due to the expression of multiple virulence factors, and by it’s ability to adapt to the environment. Once entered in human tissues, S. aureus must face environmental changes, as the availability of nutriments to survive. Gene expressions implicated in these adaptive responses are submitted to a fine regulation, carried by two component systems, transcriptional factors, and sRNA (small RNA). In this study, I have identified the functions of a sRNA, called RsaI, which is repressed when the external concentration of glucose is at high levels. RsaI represses the translation of multiple mRNA implicated in the carbon metabolism, including a major glucose transporter, and IcaR, implicated in the biofilms synthesis. Furthermore, RsaI interacts with other sRNA. This multifunctional RNA is a real sensor of the external glucose levels, generating a metabolic switch that is necessary to ensure S. aureus adaptive response in infectious conditions.Staphylococcus aureus un pathogène opportuniste de l’homme responsable de nombreuses maladies. Son pouvoir pathogène est dû à l’expression de nombreux facteurs de virulence, aussi qu’à sa capacité de s’adapter à son environnement. En pénétrant dans nos tissus S. aureus doit, pour survivre, faire face aux changements environnementaux et à la disponibilité des nutriments. L’expression des gènes impliqués dans ces réponses adaptatives, est soumise à une régulation fine, apportée par les systèmes à deux composants, les facteurs de transcription et les sARN (small ARN). Dans cette étude, j’ai identifié les fonctions d’un sARN, appelé RsaI, qui est réprimé en présence de glucose extérieur. RsaI, réprime la traduction, de plusieurs ARNm impliqués dans le métabolisme carboné et également de IcaR, impliqué dans la synthèse de biofilms. RsaI participe à l’inhibition de plusieurs enzymes de la voie de synthèse des pentoses phosphates et interagit également avec d’autre sARN. Cet ARN multifonctionnel est un véritable senseur du taux de glucose extérieur engendrant ainsi un switch métabolique, nécessaire à la réponse adaptative de S. aureus en conditions infectieuses

Non-coding RNAs at the heart of sugar metabolism : new mechanisms and impact on adaptation and virulence

Staphylococcus aureus un pathogène opportuniste de l’homme responsable de nombreuses maladies. Son pouvoir pathogène est dû à l’expression de nombreux facteurs de virulence, aussi qu’à sa capacité de s’adapter à son environnement. En pénétrant dans nos tissus S. aureus doit, pour survivre, faire face aux changements environnementaux et à la disponibilité des nutriments. L’expression des gènes impliqués dans ces réponses adaptatives, est soumise à une régulation fine, apportée par les systèmes à deux composants, les facteurs de transcription et les sARN (small ARN). Dans cette étude, j’ai identifié les fonctions d’un sARN, appelé RsaI, qui est réprimé en présence de glucose extérieur. RsaI, réprime la traduction, de plusieurs ARNm impliqués dans le métabolisme carboné et également de IcaR, impliqué dans la synthèse de biofilms. RsaI participe à l’inhibition de plusieurs enzymes de la voie de synthèse des pentoses phosphates et interagit également avec d’autre sARN. Cet ARN multifonctionnel est un véritable senseur du taux de glucose extérieur engendrant ainsi un switch métabolique, nécessaire à la réponse adaptative de S. aureus en conditions infectieuses.Staphylococcus aureus is a human opportunist pathogenic bacterium capable to colonize different host tissues and organs and therefore generates multiple infectious conditions. Its pathogenic power is due to the expression of multiple virulence factors, and by it’s ability to adapt to the environment. Once entered in human tissues, S. aureus must face environmental changes, as the availability of nutriments to survive. Gene expressions implicated in these adaptive responses are submitted to a fine regulation, carried by two component systems, transcriptional factors, and sRNA (small RNA). In this study, I have identified the functions of a sRNA, called RsaI, which is repressed when the external concentration of glucose is at high levels. RsaI represses the translation of multiple mRNA implicated in the carbon metabolism, including a major glucose transporter, and IcaR, implicated in the biofilms synthesis. Furthermore, RsaI interacts with other sRNA. This multifunctional RNA is a real sensor of the external glucose levels, generating a metabolic switch that is necessary to ensure S. aureus adaptive response in infectious conditions

Non-coding RNAs at the heart of sugar metabolism : new mechanisms and impact on adaptation and virulence

Staphylococcus aureus un pathogène opportuniste de l’homme responsable de nombreuses maladies. Son pouvoir pathogène est dû à l’expression de nombreux facteurs de virulence, aussi qu’à sa capacité de s’adapter à son environnement. En pénétrant dans nos tissus S. aureus doit, pour survivre, faire face aux changements environnementaux et à la disponibilité des nutriments. L’expression des gènes impliqués dans ces réponses adaptatives, est soumise à une régulation fine, apportée par les systèmes à deux composants, les facteurs de transcription et les sARN (small ARN). Dans cette étude, j’ai identifié les fonctions d’un sARN, appelé RsaI, qui est réprimé en présence de glucose extérieur. RsaI, réprime la traduction, de plusieurs ARNm impliqués dans le métabolisme carboné et également de IcaR, impliqué dans la synthèse de biofilms. RsaI participe à l’inhibition de plusieurs enzymes de la voie de synthèse des pentoses phosphates et interagit également avec d’autre sARN. Cet ARN multifonctionnel est un véritable senseur du taux de glucose extérieur engendrant ainsi un switch métabolique, nécessaire à la réponse adaptative de S. aureus en conditions infectieuses.Staphylococcus aureus is a human opportunist pathogenic bacterium capable to colonize different host tissues and organs and therefore generates multiple infectious conditions. Its pathogenic power is due to the expression of multiple virulence factors, and by it’s ability to adapt to the environment. Once entered in human tissues, S. aureus must face environmental changes, as the availability of nutriments to survive. Gene expressions implicated in these adaptive responses are submitted to a fine regulation, carried by two component systems, transcriptional factors, and sRNA (small RNA). In this study, I have identified the functions of a sRNA, called RsaI, which is repressed when the external concentration of glucose is at high levels. RsaI represses the translation of multiple mRNA implicated in the carbon metabolism, including a major glucose transporter, and IcaR, implicated in the biofilms synthesis. Furthermore, RsaI interacts with other sRNA. This multifunctional RNA is a real sensor of the external glucose levels, generating a metabolic switch that is necessary to ensure S. aureus adaptive response in infectious conditions

Staphylococcus aureus RNAIII and Its Regulon Link Quorum Sensing, Stress Responses, Metabolic Adaptation, and Regulation of Virulence Gene Expression

International audienceStaphylococcus aureus RNAIII is one of the main intracellular effectors of the quorum-sensing system. It is a multifunctional RNA that encodes a small peptide, and its noncoding parts act as antisense RNAs to regulate the translation and/or the stability of mRNAs encoding transcriptional regulators, major virulence factors, and cell wall metabolism enzymes. In this review, we explain how regulatory proteins and RNAIII are embedded in complex regulatory circuits to express virulence factors in a dynamic and timely manner in response to stress and environmental and metabolic changes

Two non-coding RNAs in Staphylococcus aurus are involved in glucose metabolism and virulence

Trabajo presentado en el 5th Meeting of Regulation with RNA in Bacteria and Archaea, celebrado en Sevilla (España), del 19 al 22 de marzo de 2018Peer reviewe

A defense-offense multi-layered regulatory switch in a pathogenic bacterium

International audienceCells adapt to environmental changes by efficiently adjusting gene expression programs. Staphylococcus aureus, an opportunistic pathogenic bacterium, switches between defensive and offensive modes in response to quorum sensing signal. We identified and studied the structural characteristics and dynamic properties of the core regulatory circuit governing this switch by deterministic and stochastic computational methods, as well as experimentally. This module, termed here Double Selector Switch (DSS), comprises the RNA regulator RNAIII and the transcription factor Rot, defining a double-layered switch involving both transcriptional and post-transcriptional regulations. It coordinates the inverse expression of two sets of target genes, immuno-modulators and exotoxins, expressed during the defensive and offensive modes, respectively. Our computational and experimental analyses show that the DSS guarantees fine-tuned coordination of the inverse expression of its two gene sets, tight regulation, and filtering of noisy signals. We also identified variants of this circuit in other bacterial systems, suggesting it is used as a molecular switch in various cellular contexts and offering its use as a template for an effective switching device in synthetic biology studies

RsaI, un ARN régulateur aux multiples facettes, module le métabolisme du pathogène opportuniste <i>Staphylococcus aureus</i>

International audienc

A multifaceted small RNA modulates gene expression upon glucose limitation in Staphylococcus aureus

Pathogenic bacteria must rapidly adapt to ever-changing environmental signals resulting in metabolism remodeling. The carbon catabolite repression, mediated by the catabolite control protein A (CcpA), is used to express genes involved in utilization and metabolism of the preferred carbon source. Here, we have identified RsaI as a CcpA-repressed small non-coding RNA that is inhibited by high glucose concentrations. When glucose is consumed, RsaI represses translation initiation of mRNAs encoding a permease of glucose uptake and the FN3K enzyme that protects proteins against damage caused by high glucose concentrations. RsaI also binds to the 3' untranslated region of icaR mRNA encoding the transcriptional repressor of exopolysaccharide production and to sRNAs induced by the uptake of glucose-6 phosphate or nitric oxide. Furthermore, RsaI expression is accompanied by a decreased transcription of genes involved in carbon catabolism pathway and an activation of genes involved in energy production, fermentation, and nitric oxide detoxification. This multifaceted RNA can be considered as a metabolic signature when glucose becomes scarce and growth is arrested