Mécanisme moléculaire de l'hélicase AAA+ TIP49B

Molecular mecanisme moléculaire of the AAA+ TIP49B helicase

• Auteur / Autrice : Christophe Papin
• Direction : Mikhail Grigoriev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN -- Altération

Acides nucléiques

Hélicases

Mots clés libres

RuvB-like

Hexamère

Reptin

Cassure double-brin

Histone

Tip49a

Pontin

Résumé

Le déroulement des molécules d'acide nucléique est un mécanisme nécessaire à tous les processus génétiques fondamentaux comme la réplication, la réparation, la recombinaison, la transcription, la synthèse des ribosomes, le remodelage de la chromatine ou encore la maturation des ARN. Dans chacun de ces processus, le déroulement des duplex d'ADN et/ou ARN est catalysé par des enzymes connues sous le nom d'hélicase. Par leur fonction, les hélicases sont essentielles dans tous les aspects du métabolisme des acides nucléiques, et sont ubiquitaires, puisqu'elles ont été identifiées chez les procaryotes, les eucaryotes, les bactériophages et les virus. Ces enzymes fonctionnent en déstabilisant les liaisons hydrogènes entre les paires de bases nucléotidiques complémentaires dans une réaction couplée à la liaison et l'hydrolyse de nucléoside 5'-triphosphate (NTP). Elles sont ainsi considérées comme des '' protéines motrices '' car elles transduisent une énergie chimique en une force mécanique. Les hélicases eucaryotes Tip49 font partie de la famille des ATPases Associées à diverses Activités cellulaires (AAA+). On retrouve chez tous les eucaryotes deux protéines Tip49 : la protéine TIP49a (appelée aussi Ruvbl1, TIP49, Pontin) et la protéine TIP49b (appelée aussi RuvBl2, TIP48, Reptin). Ces protéines, bien qu'elles soient très similaires entre elles, sont toutes deux essentielles chez les eucaryotes. Les protéines Tip49, hautement conservées à travers l'évolution, montrent un grand intérêt scientifique car leur activité ATPase est requise dans des processus cellulaires très variés (stabilité génomique, régulation de la transcription, division cellulaire, remodelage de la chromatine et biogenèse des snoARN). Pour autant, leur fonction précise dans l'ensemble de ces processus est aujourd'hui complètement inconnue. Pendant ma thèse, j'ai entrepris une étude biochimique détaillée de la protéine humaine Tip49b ainsi que son homologue de levure Rvb2. J'ai montré que ces protéines, à l'état monomérique, lient spécifiquement un ADN simple-brin de manière coopérative pour former un complexe nucléoprotéique stable. Ce complexe recrute sélectivement des protéines impliquées dans le processing et la reconnaissance des cassures double-brin (la protéine à activité acétylase Tip60, la protéine p400 et le complexe MRN composé des protéines Mre11, Rad50 et Nbs1). . .

Nucleic acid unwinding is a critical mecanism implicated in nearly all fundamental genetic processes such as replication, repair, recombination, transcription, ribosome biogenesis, chromatin remodeling and RNA maturation. In each of these processes, DNA and/or RNA unwinding is catalysed by a diverse class of enzymes, known as helicases. By their functions, helicases are essential and ubiquitous enzymes identified in prokaryotes, eukaryotes et virus. Helicases are molecular 'motor' enzymes that use the energy of NTP hydrolysis to separate transiently energetically stable duplex DNA into single strands. The highly conserved TIP49a and TIP49b helicases proteins (also called pontin and reptin) belong to the AAA+ superfamily of P-loop ATPases (ATPases associated with diverse cellular activities) that includes enzymes involved in cellular housekeeping, cell division and differentiation. This superfamily is composed of a broad variety of enzymes, which appear to have a common property: energy-dependent remodeling of proteins and/or nucleic acids that results in unfolding and disassembly of target macromolecules. The AAA+ proteins contain conserved ATP-binding and hydrolysis domains, which are activated by the formation of oligomeric assemblies. ATP binding and hydrolysis induce the conformational changes in the protein that are required for the translocation or remodeling activities of target substrate. TIP49a and TIP49b are implicated in a variety of cellular processes such as chromatin remodeling during double strand-break (DSB) repair, transcriptional regulation, genome stability, snoRNA biogenesis, telomerase holoenzyme assembly and cellular division during mitosis. Being essential proteins in yeast and embryonic-lethal in higher eukaryotes, they show a complex network of protein-protein interactions where they, in some cases, play antagonistic roles during transcriptional regulation of gene expression and embryonic development. However, their molecular mechanisms of action remain to be elucidated, particularly in view of such diverse functions. While ATP hydrolysis is most likely essential for the functions of these proteins, most biochemical analyses of TIP49 proteins have failed to detect significant ATPase activity of the purified recombinant proteins. Some evidence has indicated helicase activity of TIP49 proteins but with opposite directionalities of DNA unwinding being reported. However, as in the case of ATP hydrolysis, little progress has been made in further elucidating the DNA processing activities of TIP49 proteins and in establishing whether their wide range of cellular functions is related, if at all, to transactions based on DNA unwinding. . .