Etude des grands assemblages protéolytiques de la famille TET : processus d'oligomérisation et régulation fonctionnelle associée

Study of large proteolytic assembly of the TET family : oligomerization process and associated functional regulation

• Auteur / Autrice : Alexandre Appolaire
• Direction : Bruno Franzetti, Frank Gabel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 15/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Receveur-Bréchot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Hernandez, Didier Flament
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Villeret, Bertrand Friguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymologie

Diffusion (physique)

Peptidases

Biophysique

Biologie -- Recherche

Biochimie

Archéobactéries

Aminopeptidases

Mots clés libres

Archeae

Protéolyse intracellulaire

Grands assemblages

Aminopeptidases

TET

Pyrococcus horikoshii

Archeae

Intracellular proteolysis

Large assemblies

Aminopeptidases

TET

Pyrococcus horikoshii

Résumé

La protéolyse est une fonction clé de la cellule pour le maintien de l'intégrité du protéome, pour le métabolisme et pour la régulation de nombreux processus physiologiques. Le travail présenté dans cette thèse porte sur une famille de complexes peptidases cytosoliques auto-compartimentés et énergie indépendants découverts chez les Archées, les aminopeptidases TET. Chez l'Archée hyperthermophile Pyrococcus horikoshii, organisme modèle de cette étude, il existe 3 peptidases TET présentant chacune des spécificités de substrats différentes. Les caractérisations structurales des différents membres connus de cette famille de peptidases ont révélé un assemblage dodécamériques creux en forme de tétraèdre d'environ 450 kDa. Des études récentes ont montré l'existence de complexes adoptant la même conformation que les TET dans les 3 domaines du vivant. La première partie du travail présenté a permis d'identifier des marqueurs structuraux caractéristiques de l'assemblage tétraédrique afin de déterminer sans ambiguïté l'appartenance de ces complexes à la famille des TET. La seconde partie de l'étude a conduit à élucider la question de la multiplicité des TET chez les Archées hyperthermophile mise en évidence grâce à une étude phylogénétique initiée pendant la thèse. L'étude en co-expression de PhTET2 et PhTET3 révèle que ces aminopeptidases sont capable de former un hétéro-oligomère présentant une activité enzymatique accrue vis-à-vis des homo-oligomères. La dernière partie du travail porte sur les relations oligomérisation-fonction chez les peptidases TET. L'étude d'un mutant de l'oligomérisation de PhTET2 via une stratégie intégrative alliant biochimie, enzymologie, biophysique (SAXS et AUC) et des études in vivo a permis de mettre en évidence un processus d'assemblage contrôlé permettant d'augmenter l'efficacité de la peptidase. Enfin, la méthode de variation de contraste en diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) appliqué à l'étude de l'hétéro-oligomère a permis de révéler une topologie rationalise du complexe hétéro-oligomérique favorisant la formations de poches multi-catalytique. L'ensemble de ce travail contribue à mieux comprendre l'importance et le rôle physiologique des machines TETs dans les cellules.

Proteolysis is a key function in the cell for the maintenance of the proteome integrity, the metabolism and for the regulation of many physiological processes. The thesis work is focused on a family of self-compartmentalized energy-independent cytosolic peptidases discovered in Archaea, the TET aminopeptidases. Three different TET showing contrasted enzymatic specificities co-exist in the cytosol of the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii, which is the model organism for this study. The structural characterization of the known members of this family shows that they self-assemble in a unique 450 kDa hollow tetrahedral structure . Recent studies have revealed the existence of peptidases complexes that adopt the same conformation in the three domains of life. The first part of this work allowed identifying structural markers to assign without any ambiguity uncharacterized peptidases to the TET family. The second objective of the work was to understand the multiplicity of TET peptidases in hyperthermophilic archaeon that was highlighted by a phylogenomic study presented in this work . The co-expression of PhTET2 and PhTET3 in E. coli revealed that the two proteins form a hetero-oligomeric complex with enhanced enzymatic activity compared to the homo-oligomers. The last part of the work addressed the question of oligomerization-function relationship in TET particles. A mutagenesis strategy was used to slow down the oligomerization process of PhTET2, and, using an integrative strategy combining biochemistry, enzymology, biophysics (SAXS and AUC) and in vivo studies we were able to dissect the oligomerization pathway of the TET particles and to demonstrate that it is a highly controlled process aim to enhance the activity of the peptidases. Finally, the contrast variation technique in small angle neutron scattering studies (SANS) allowed us to unravel the rational topology of the TET hetero-oligomers that favored the formation of multi-catalytic enzymatic pockets in the complex. All theses studies contributed to specify the biological importance of the TET molecular machines in the cells.