Caractérisation fonctionnelle et biochimique d'un nouveau partenaire de la poly(ADP-ribose) polymérase I : high-mobility group protein containing 2-like 1

Biochemical and functionnal characterization of a new partner of poly(ADP-ribose) polymerase I : high-mobility group containing protein 2-like 1

• Auteur / Autrice : Thomas Kalisch
• Direction : Valérie Schreiber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 26/09/2013
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biotechnologie et signalisation cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Chatton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Javier Oliver, Olga Lavrik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire

Poly (ADP-ribose) polymérase

Ribosomes

Molécules chaperonnes

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Mots clés libres

Poly(ADP-ribosyl)ation

High-mobility group containing protein 2-like 1

Nucléole

Chaperonne à ARN

Protéine intrinsèquement désordonnée

Biogenèse des ribosomes

Poly(ADP-ribosyl)ation

High-mobility group containing protein 2-like 1

Nucleolus

RNA chaperon protein

Intrisically disordered protein

Biogenesis of ribosomes

Résumé

La poly(ADP-ribosyl)ation est une modification post-traductionnelle des protéines catalysée par une famille d’enzymes : les poly(ADP-ribose) polymérases. Parmi les plus étudiées, PARP-1 et PARP-2 interviennent dans l’organisation, l’expression et le maintien de l’intégrité du génome. Nous avons initié l'étude d'un nouveau partenaire de PARP-1 préalablement identifié par double-hybride, et encore peu étudié à ce jour : HMG2L1 (High-Mobility Group protein 2 Like-1). La protéine humaine de 601 acides aminés contient un domaine HMG (High-Mobility Group) normalement impliqué dans l’interaction avec l’ADN. Quelques études ont montré que HMG2L1 régule la transcription en agissant comme co-régulateur négatif ou positif. Dans un premier temps, nous avons caractérisé le lien entre PARP-1 et HMG2L1. L’interaction avec PARP-1 a été confirmée in-vivo et in vitro. Nous avons montré que HMG2L1 pouvait également interagir avec PARP-2. HMG2L1 est poly(ADP-ribosyl)ée par PARP-1 et PARP-2, de même qu’elle est capable d’interagir avec le poly(ADP-ribose). La construction de formes tronquées de HMG2L1 en fusion avec la GFP nous a permis de montrer que le domaine N-terminal – en amont du domaine HMG – est impliqué dans ces interactions. Ce domaine N-terminal est très électropositif et intrinsèquement désordonné ce qui lui confère de nombreuses potentialités d’interactions. L’expression des fusions GFP dans des cellules HeLa nous a permis de montrer la localisation nucléaire et nucléolaire de HMG2L1, comme c’est le cas pour PARP-1 et PARP- 2. En outre, HMG2L1 colocalise avec UBF (Upstream Binding Factor), le facteur de transcription de l’ARN polymérase I responsable de la transcription des ARN ribosomaux. La surexpression de GFP-hHMG2L1 entraîne un stress nucléolaire caractérisé par l’inhibition de la transcription des ADNr et la formation de coiffes nucléolaires. Nous avons également entrepris une recherche de partenaires de HMG2L1 par spectrométrie de masse. De nombreuses protéines nucléolaires, impliquées dans la biogenèse des ribosomes ou la maturation des ARNs ont été identifiées, suggérant un rôle de HMG2L1 dans ces processus. Nous avons montré que la protéine purifiée interagit avec l’ADN via son domaine HMG principalement, et qu’elle interagit avec l’ARN via son domaine N-terminal. Mais surtout, nous avons mis en évidence une activité ARN-chaperonne, qui peut être régulée par le poly(ADP-ribose). La localisation de HMG2L1, son réseau d’interaction ainsi que son activité chaperonne nous laissent à penser qu’elle pourrait être impliquée dans des processus de maturation des ARN, régulés par la poly(ADPribosyl)ation.

Poly(ADP-ribosyl)ation is a post-translational modification of proteins mediated by a family of enzymes called poly(ADP-ribose) polymerases. Among the best studied, PARP-1 and PARP-2 are both implicated into the transcription, organization and integrity of genome. We have initiated the characterization of a new PARP-1 partner previously identified in a yeast two-hybrid screen, and still poorly studied: HMG2L1 (High-Mobility Group protein 2 Like-1). The human protein of 601 amino acids contains one HMGbox domain normally implicated in the recognition of DNA. Some studies have reported the role of HMG2L1 in the regulation of transcription by acting as a negative or positive coregulator. First, we characterized the link between PARP-1 and HMG2L1. We confirmed the interaction between both proteins in vivo and in vitro. We also showed that HMG2L1 couldinteract with PARP-2. HMG2L1 is poly(ADP-ribosyl)ated by PARP-1 and PARP-2, and is able to interact with poly(ADP-ribose). The construction of GFP-fused truncated versions of HMG2L1 allowed us to show that the N-terminal part – upstream to the HMGbox – is responsible for all these interactions. This N-terminal domain is highly electropositive and intrinsically disordered conferring a lot of interactions potentialities. The expression of the GFP-fused proteins in HeLa cells allowed us to localizeHMG2L1 into the nucleus and the nucleolus, like PARP-1 and PARP-2. Moreover, HMG2L1 colocalizes with UBF (Upstream Binding Factor), the transcription factor responsible for the transcription of ribosomal ARNs by RNA polymerase I. The overexpression of GFPhHMG2L1 leads to a nucleolar stress illustrated by the inhibition of transcription and the formation of nucleolar caps. We also undertook a proteomic study to find new partners of HMG2L1. We found a huge amount of nucleolar proteins, involved in ribosome biogenesis or RNA maturation, suggesting that HMG2L1 could be involved in these processes. Finally, we demonstrated the ability of the purified protein to interact with DNA mostly through its HMGbox domain and RNA through its N-terminal domain. Moreover, we discovered that HMG2L1 is endowed with a RNA-chaperone activity, that can be regulated by poly(ADP-ribose). Taken together, the localization of HMG2L1, its interacting partners and its RNA chaperone activity allow us to make the assumption that HMG2L1 could be implicated in RNA maturation processes, regulated by poly(ADP-ribosyl)ation.