Structure, fonction et évolution de la famille universelle Sua5/YrdC impliquée dans la synthèse du nucléoside modifié t6A

Structure, function and evolution of the universal Sua5/YrdC family involved in the modified nucleoside t6A synthesis

• Auteur / Autrice : Adeline Pichard
• Direction : Herman Van Tilbeurgh, Tamara Basta-Leberre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 16/11/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Minard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Herman Van Tilbeurgh, Tamara Basta-Leberre, Sébastien Ferreira-Cerca, Béatrice Clouet d'Orval, Nicolas Leulliot, Ciarán Condon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sébastien Ferreira-Cerca, Béatrice Clouet d'Orval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traduction génétique

Enzymes

Nucléosides

ARN de transfert

Mots clés libres

Modification ARNt

T6a

Thréonylcarbamoyl

Protéine universelle

Sua5/YrdC

Tc-Amp

RNAt modification

T6a

Threonylcarbamoyl

Universal protein

Sua5/YrdC

Tc-Amp

Résumé

Structure, fonction et évolution de la famille universelle Sua5/YrdC impliquée dans la synthèse du nucléoside modifié t6ALa t6A est universellement présente au sein des ARNt décodant les codons ANN et est essentielle pour la fidélité de traduction. Sa synthèse se déroule en deux étapes, dont la première implique la formation de l’intermédiaire de réaction Thréonyl-Carbamoyl-AMP (TC-AMP) par la famille Sua5/YrdC. Cette famille est retrouvée chez tous les organismes et était donc vraisemblablement présente chez le dernier ancêtre commun universel (LUCA). Elle est composée de deux variants distincts, YrdC et Sua5, qui partagent un domaine catalytique orthologue. A la différence du variant YrdC qui est composé d’un domaine unique, le variant Sua5 possède un domaine C-terminal additionnel nommé SUA5, de fonction inconnue. La plupart des espèces code pour un seul variant et les deux variants sont présents dans les trois domaines du vivant, Eucaryote, Archée et Bactérie. Afin d’identifier le rôle du domaine SUA5 et du linker inter-domaine, nous avons étudié la protéine Sua5 de l’archée Pyrococcus abyssi. Nos résultats montrent que ces deux régions sont importantes pour l’activité de Sua5. Le linker est capable de contrôler le passage des ligands en changeant de conformation tandis que le domaine SUA5 agit comme une plateforme d’ancrage pour le linker. Afin de comprendre l’histoire évolutive de la famille Sua5/YrdC, nous avons ensuite étudié la distribution des variants et nous avons utilisé des approches in silico et in vitro afin de déterminer les différences fonctionnelles entre YrdC et Sua5. L’ensemble de ces données nous permet de proposer que LUCA possédait une protéine Sua5 et qu’YrdC serait apparu suite à une perte de domaine dans certains lignées lors de l’évolution.

Structure, function and evolution of the universal Sua5/YrdC family involved in the modified nucleoside t6A synthesist6A is universally found in tRNAs that read ANN codons and is essential for translation fidelity. Its synthesis takes place in two stages, the first one involving the formation of the reaction intermediate Threonyl-Carbamoyl-AMP (TC-AMP) by the Sua5/YrdC family. This family is found in all organisms and was thus presumably presents in the Last Universal Common Ancestor (LUCA). It’s composed of two distinct variants, YrdC and Sua5, which share an orthologous catalytic domain. While YrdC is a single domain protein, Sua5 has an additional C-terminal domain of unknown function named SUA5. Most species encode for either variant and both variants are found in the three domains of life, Eukarya, Archaea and Bacteria. To discover the role of the SUA5 domain and the inter-domain linker, we studied the Sua5 protein from the archaeon Pyrococcus abyssi. We found that they are both important for the activity of Sua5. The linker is able to control the entry and exit of ligands by changing conformation while the SUA5 domain acts as an anchoring platform for the linker. To understand the evolutionary history of the Sua5/YrdC family, we then studied the distribution of Sua5 and YrdC across the tree of life and we used in silico and in vitro approaches to identify functional differences between YrdC and Sua5. Taken together, our work allows us to propose that LUCA encoded a Sua5 protein and that YrdC emerged after domain loss in some lineages during evolution.