Etude de la maturation de l'extrémité 3' non traduite et de la traduction de l'ARN messager codant pour l'histone H4

Studies on the 3' end processing and on the translation process of histone H4 mRNA

• Auteur / Autrice : Sophie Jaeger
• Direction : Gilbert Eriani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Histones

Traduction génétique

Épissage (génétique)

Interactions ARN-protéine

Résumé

Nous avons étudié la fixation de la protéine HBP sur une structure en tige-boucle de l'ARN pré-messager d'histone H4-12. À partir de mutations de HBP abolissant la fixation, nous avons sélectionné par la technique du triple hybride dans la levure des suppresseurs intragéniques permettant de restaurer cette fixation. La plupart se situaient dans les domaines N- et C-terminaux de la protéine et n'affectaient pas la spécificité, suggèrant l'implication des domaines dans la reconnaissance de l'ARN. Nous avons ensuite examiné l'impact structural induit par la fixation d'HBP sur les extrémités 3' non traduites d'ARNs pré-messagers d'histones. Par sondage en solution nous avons détecté de fortes structures secondaires qui pourraient empêcher l'accès de la particule snRNP U7. Puis, nous avons montré que la fixation de la protéine HBP engendrait des changements de conformation au niveau de la séquence d'hybridation au snRNA U7 qui étaient associés à une amélioration de l'ancrage du snRNA U7. Ce mécanisme n'est pas généralisable à l'ensemble des gènes d'histones. Enfin, nous avons étudié la traduction in vitro de l'ARNm H4-12 et montré qu'elle s'effectuait de façon très efficace en l'absence des régions 5' et 3' non codantes, suggérant un recrutement du ribosome par la phase codante. Par sondage en solution de l'ARNm, nous avons proposé un modèle de repliement secondaire dans lequel la séquence codante est circularisée. À l'aide d'ARNs anti-sens nous avons identifié des nucléotides essentiels pour le maintien d'une haute efficacité de traduction. Ces résultats associés à ceux issus d'études de traduction in vitro, de '' toe print '' et de microscopie électronique, ont conduit à l'établissement d'un modèle original expliquant la traduction atypique d'H4-12. La phase codante recruterait directement deux ribosomes à la manière de deux sites d'entrée interne du ribosome (IRES), ils s'enchaîneraient par le jeu de changements de conformation et grâce à la circularisation de l'ARNm.

First we studied HBP protein interaction with the hairpin structure of histone H4-12 pre-mRNA. Starting from loss-of binding mutants of HBP, we selected by the yeast three hybrid system, HBP suppressors that restored the interaction for a wild-type hairpin RNA. Most of the selected mutations were located in both N- and C terminal domains of the protein, suggesting that these domains are involved in RNA recognition. Next we analyzed the structural effect of HBP binding to the 3'UTR of several histone pre-mRNA. Structural probing revealed strong secondary structures in the 3'UTR molecules that could prevent U7 snRNP anchoring to the RNA. We also showed that in some cases HBP-binding induced conformational changes at the level of U7 hybridization sequence. These changes were associated to a better annealing of a U7 snRNA transcript. However, this mechanism is not general to all histone-genes. Lastly, we focused on histone translation mechanism. We found that in vitro translation of H4-12 mRNA is highly efficient. Surprisingly, we found that 5' and 3' UTR are dispensable, which suggests that the Open Reading Frame (ORF) alone is able to recruit the ribosome. Using enzymatic and chemical probing we solved the secondary structure of the whole mRNA. The molecule appears to be circular due to hybridization of 5' and 3' sequences. With non-sense RNA designed to inhibit translation we identified essential nucleotides required for a highly efficient translation mechanism. Altogether, the data from in vitro translation, mutagenesis, toe print and electron-microscopy led us to propose a model that explains the highly efficient mechanism of histone translation. First, the ORF might efficiently recruit two ribosomes on Internal Ribosome Entry Sites (IRES). Second, after translation of the histone circular histone-mRNA an efficient recycling process would channel the ribosomes onto the initiation-codon for a new round of translation.