Caractérisation biophysique de la qualité des protéines de fusion : application à l'étude structurale et fonctionnelle de l'oncoprotéine virale E6

• Auteur / Autrice : Yves Nominé
• Direction : Gilles Travé, Bruno Kieffer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Biologie structurale
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines -- Dénaturation (chimie)

Résonance magnétique nucléaire

Protéines recombinées

Protéines -- Repliement

Interactions ADN-protéine

Virus oncogènes

Protéines virales

Résumé

"L'oncoprotéine E6 des papillomavirus humains (HPV) à " haut-risque " est à l'origine du cancer du col de l'utérus. Elle participe à l'oncogénèse notamment en dégradant p53, la protéine cellulaire suppresseur de tumeurs. Le but de la thèse était d'obtenir la structure tridimensionnelle par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) de la protéine E6. Le manuscrit revient d'abord sur les différents états (micro- et macroscopique) d'une protéine globulaire en solution, et sur des notions telles que repliement et stabilité. Il rappelle ensuite les principes et limites de différentes techniques biophysiques appliquées à l'étude de protéines. Enfin, il décrit brièvement le contexte biologique de E6. Bien que sa séquence primaire soit connue depuis 1985, la protéine E6 n'avait pas encore été purifiée. Nous décrivons ici un protocole d'expression et de purification de cette molécule, en montrant tout d'abord que l'expression bactérienne de fusions MBP-E6 (Maltose Binding Protein) génère des " corps d'inclusion solubles ". Ces particules, engendrés par l'agrégation de protéines E6 mal repliées, restent toutefois en solution grâce à la haute solubilité de MBP. Grâce à ces observations, nous avons pu produire des échantillons de la protéine E6 entière soluble et repliée, puis de ses deux domaines à zinc. Nous avons finalement obtenu la détermination de la structure tridimensionnelle par RMN du domaine C-terminal de E6. L'amélioration de la qualité de E6 recombinante a permis également de démontrer l'interaction de E6 avec un motif structural d'ADN présent dans l'ADN cruciforme, puis de déterminer les paramètres cinétiques de cette interaction par BIAcore. Ce travail ouvre donc la voie à une meilleure compréhension moléculaire des modes d'actions de E6, et donc à de nouvelles stratégies de thérapie du cancer du col de l'utérus. De plus, nos méthodologies de contrôle et d'optimisation de la qualité des protéines de fusion sont généralisables à l'étude de toute protéine récalcitrante. "

E6 is an oncoprotein produced by "high risk" Human Papillomaviruses (HPVs) involved in cervical cancers. E6 participates oncogenesis through different pathways, in particular by degrading the cellular tumor suppressor protein p53. The aim of this thesis was to solve the solution structure of E6 by Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The introduction chapter first focuses on the different states (micro- and macroscopic) adopted by globular proteins in solution, including notions such as folding and stability. Then we record the principles, applications and limits of various biophysical techniques for the study of proteins. Finally, we briefly introduce the biological context of E6 protein. At the start of this work, E6 had never been purified although its sequence was known since 1985. In the results section, we first demonstrate that bacterial expression of E6 fused to the C-terminus of MBP (Maltose Binding Protein) generates " soluble inclusion bodies ". These particles, which originate from agregation of misfolded E6 moieties, remain soluble thanks to the high solubility of MBP moities. These observations have allowed us to produce soluble and folded samples of full-length E6 as well as its two zinc-binding domains. Finally, we have managed to solve the NMR structure of the C-terminal zinc-binding domain. On another hand, the optimized quality of our E6 samples have allowed us to demonstrate E6 binding to a particular DNA structural motif found in four-way DNA junctions. The kinetic parameters of this interaction have been determined by BIAcore. This work will provide a better understanding of the molecular pathways of E6 action and opens the way for new therapeutic strategies against cervical cancers. Furthermore, our methods for control and optimization of protein fusion quality can be generalized for future studies of other recalcitrant proteins.