Etude structurale et fonctionnelle des systèmes de modification t⁶A des ARNt dans les trois domaines du vivant.

par Sophia Missoury

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie structurale

Sous la direction de Herman Van tilbeurgh et de Bruno Collinet.

Le président du jury était Daniel Gautheret.

Le jury était composé de Carine Tisné, Wim Versees, Emmanuelle Schmitt, Domenico Libri.

Les rapporteurs étaient Carine Tisné, Wim Versees.


  • Résumé

    La thréonylcarbamoylation de la base A37 des ARNt de type ANN (t⁶A) est universelle au sein des trois domaines du vivant car essentielle au bon fonctionnement de la cellule. La synthèse se catalyse en deux étapes, dont la première est assurée par la famille d’enzymes YrdC/Sua5, qui forme l'intermédiaire thréonyl-carbamoyle-AMP et la seconde par Kae1/OSGEP/Qri7/TsaD qui transfère le groupement thréonyl-carbamoyle du TC-AMP sur les ARNt substrats. La seconde famille d'enzymes requiert des partenaires protéiques différents selon le domaine du vivant. Le but de cette thèse était de comprendre les différents systèmes de biosynthèse du t⁶A au niveau moléculaire en utilisant des techniques biochimiques et structurales (la diffraction des rayons X (cristallographie), la diffusion des rayons X en solution (SAXS) et la cryo-microscopie électronique). La structure quaternaire du complexe TsaBDE de Thermotoga maritima a été résolue mettant en lumière les changements conformationnels de la sous-unité catalytique TsaD qui se traduit par une ouverture et une perturbation partielle du site actif induits par la présence de TsaE. Combinés à des données biochimiques, il apparaît que ce remodelage est nécessaire au recyclage du site catalytique. Chez l'Homme, la structure du sous-complexe OSGEP-LAGE3-GON7 a été résolue mettant en évidence que GON7, intrinsèquement désordonnée en solution, se structure au contact de LAGE3. L'étude structurale du complexe humain par SAXS combinée aux études génétiques et biochimiques montrent que GON7 stabilise le complexe sous forme pentamérique. Ces données ont été indispensable pour mieux comprendre les bases moléculaires d’une maladie génétique rare (le syndrome de Galloway-Mowat) causée par des mutations dans toutes les protéines de la voie de synthèse du t⁶A. Enfin, une cinquième sous-unité a été identifiée comme potentielle homologue de GON7 chez les Archées. Son étude structurale montre que la structure est différente de celle de GON7. Cependant, cette protéine stabilise le complexe sous forme pentamérique, mimant l'effet de GON7 chez les eucaryotes.

  • Titre traduit

    Functional and structural studies of t⁶A tRNA modification systems in the three domains of life.


  • Résumé

    The t⁶A modification of the A37 position of ANN-type tRNAs is totally conserved in the 3 domains of life as it is essential to the general functioning of the cell. It is carried out in two catalytic steps : the YrdC/Sua5 enzyme family, first, synthetizes the thréonyl-carbamoyle-AMP (TC-AMP) intermediate, then the Kae1/OSGEP/Qri7/TsaD enzyme family transfers the threonyl-carbamoyl moiety of TC-AMP onto the tRNA substrate. The enzymes that are responsible for the transfer step use different protein partners in bacteria, archaea and eukaryotes. The aim of this thesis was to understand at a molecular level these various threonylcarbamoylation systems using a combination of biochemical and biophysical techniques (crystallography, X-ray scattering in solution (SAXS) and cryo-electron microscopy). The structure of the ternary TsaBDE complex of Thermotoga maritima was solved, highlighting conformational changes of TsaD that result in its opening and the partial melting of its active site induced by its interaction with TsaE. Combined with biochemical data, it was concluded that this conformational change seems necessary to promote multiple catalytic turnovers. In Humans, the structure of the OSGEP-LAGE3-GON7 KEOPS sub-complex has been solved, showing that GON7, which is intrinsically disordered in solution, becomes structured upon interaction with LAGE3. The study of the structural properties of the whole human complex showed that GON7 stabilizes a pentameric form of the complex. These data were indispensable for a better comprehension of the molecular basis of a rare genetic disease (Galloway-Mowat syndrome) caused by mutations in all subunits of the t⁶A biosynthesis proteins. Finally, a fifth subunit has been identified as the potential homologue of GON7 in Archaea. However its structural study shows that the fold is different from GON7’s. Nevertheless, this protein stabilizes the archaeal complex in a pentameric form, as GON7 does in Eukaryotes.



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