Propriétés structurales et dynamiques des ADN, implications dans les mécanismes de reconnaissance ADN/protéines

Structure and dynamics of DNA, implications for proteins/DNA recognition

• Auteur / Autrice : Brahim Heddi
• Direction : Brigitte Hartmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique moléculaire
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Résonance Magnétique Nucléaire

Modélisation moléculaire

Conformation de l’ADN

Mécanisme de reconnaissance de l’ADN

Déplacement chimique du phosphore

Résumé

Dans cette thèse, nous avons exploré les propriétés structurales et dynamiques des ADN-B, en interfaçant techniques expérimentales et modélisation moléculaire. Nous avons d'abord mis en évidence par RMN en solution la mécanique intrinsèque des ADN-B, qui lie étroitement les conformations BI et BII des groupements phosphate (delta31P) aux paramètres hélicoïdaux de roll (courbure), de twist (enroulement) et de déplacement des bases dans les sillons (dimensions des sillons). Ayant traduit pour la première fois les delta31P en termes de ratio BI/BII, nous avons pu quantifier la relation entre la séquence, la structure et la flexibilité dans l'ADN-B, en établissant une échelle expérimentale qui associe une probabilité de conformation à chacun des dix pas dinucléotidiques constituant l'ADN-B. En utilisant les delta31P comme une sonde, nous avons ensuite démontré sans ambiguïté que la nature des cations affecte la structure et la dynamique de la double hélice. Enfin nous avons évalué la capacité de trois champs de force (Parm98, Parmbsc0 et CHARMM27) à prédire la conformation des ADN-B. Ayant montré qu'aucun de ces champs de force n'était en mesure de rendre compte des données expérimentales, nous proposons un nouveau protocole de raffinement des structures RMN. L'application de ce protocole à la séquence cible de la protéine JunFos souligne l’importance d’avoir une vision globale de la dynamique de l’ADN pour comprendre les mécanismes de reconnaissance ADN/protéines.

In this thesis, we investigated the structural and dynamical properties of B-DNA, interfacing experimental and modelling methods. By solution NMR, we first evidenced the intrinsic mechanics of B-DNA, i. E. The tight relationship existing between the BI and BII backbone states (delta31P) and the helical parameters of roll (curvature), twist (winding) and base displacement (groove dimensions). Having translated for the first time the delta31P in terms of BI/BII ratio, we established an experimental scale that quantified the link between the sequence, the structure and the flexibility in B-DNA, associating a number reflecting a conformational probability to each of the ten dinucleotide steps constituting the B-DNA. The next step of this work was to prove that the nature of the monovalent counterion affects the overall structure and dynamics of B-DNA, using delta31P as a very sensitive probe. Then, we tested three force fields (Parm98, Parmbsc0 and CHARMM27), comparing NMR and unrestrained MD data. We showed that none of this force field was able to correctly predict the DNA structure and dynamics. So, we proposed a new protocol to refine NMR DNA structures. This protocol applied on a sequence targeted by the Jun-Fos protein allowed to highlight how a global vision of the dynamical space explored by the DNA is determinant to understand protein/DNA recognition process.