Etude structurale du mécanisme d'intégration des rétrotransposons de levure à proximité des gènes transcrits par l'ARN Polymerase III

Structural insights into Ty1 yeast retrotransposons DNA integration mechanism at genes transcribed by RNA Polymerase III

• Auteur / Autrice : Phong Nguyen
• Direction : Juan Reguera, Carlos Fernandez-Tornero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie structurale
• Date : Soutenance le 18/03/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques (AFMB) (Marseille ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Lesage
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Allison Ballandras-Colas, Marie-Line Garron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thibaut Crépin, Marc Ruff
• DOI : 10.70675/122fda57z318cz4bddz80d2z0ab1cf669faa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rétroéléments

ARN polymérase III

Intégrases

Mots clés libres

Ty1 retrotransposon

Integrases

ARN polymérase III

Integration

Transcription

Ty1 retrotransposon

Integrases

RNA Polymerase III

Integration

Transcription

Résumé

Les rétroéléments se répliquent par transcription inverse de leur génome ARN en un ADNc qui est intégré de manière stable dans le génome de la cellule hôte par leur propre intégrase (IN). L'intégration ne se produit pas au hasard in vivo, révélant un modèle de sites préférés spécifiques aux rétroéléments, qui dépend principalement de l'interaction des IN avec des facteurs cellulaires qui attachent les intégrases à des sites spécifiques. Cependant, les mécanismes par lesquels ces facteurs interagissent avec l'IN et contribuent au processus d'intégration sont encore mal compris. Des connaissances importantes sur la biologie rétrovirale ont été acquises en étudiant les rétrotransposons Ty LTR de la levure textit (Saccharomyces cerevisiae}. \\Pour fournir des informations structurelles sur le processus d'intégration, nous avons exprimé et purifié les versions recombinantes de Ty1 IN à partir d'textit (Escherichia coli) et de baculovirus, avec une bonne quantité et qualité pour les analyses biochimiques et biophysiques. Nous montrons par des techniques biophysiques que la protéine recombinante IN est monomérique et a une forme allongée, avec trois domaines repliés à la moitié N-terminale responsable de l'intégration et une moitié C-terminale qui est désordonnée. Nous avons obtenu deux structures à 2,6 \si{\AA} et 3,1 \si{\AA} pour le complexe Ty1 IN–Pol III et le complexe d'élongation de la Pol III (Pol III EC), Ty1 IN – Pol III EC, respectivement. Dans l'ensemble, nos données structurelles et biochimiques apportent un nouvel éclairage sur notre compréhension du mécanisme d'intégration de Ty1 chez extit{S. cerevisiae} au niveau des gènes transcrits Pol III.

Retroelements replicate by reverse transcription of their RNA genome into a cDNA that is stably integrated into the host-cell genome by their own integrase (IN). Integration does not occur randomly in vivo, revealing a retroelement-specific pattern of preferred sites, which depends mostly on INs interaction with cellular factors that tether integrases to specific sites. However, the mechanisms by which these factors interact with IN and contribute to the integration process are still poorly understood. Important understandings on retroviral biology have been gained by studying Ty LTR-retrotransposons from the yeast extit{Saccharomyces cerevisiae}. \\To provide structural information on the integration process, we expressed and purified the recombinant versions of Ty1 IN from extit{Escherichia coli} and baculovirus, with good quantity and quality for biochemical and biophysical analyses. We show by biophysical techniques that the IN recombinant protein is monomeric and has an elongated shape, with three folded domains at the N-terminal half responsible of integration and a C-terminal half that is disordered. We characterized Ty1 IN and Pol III interaction at high resolution by cryo-electron microscopy (cryo-EM). We obtained two structures at 2.6 \si{\AA} and 3.1 \si{\AA} for the crosslinked Ty1 IN – Pol III complex and Ty1 IN – Pol III elongation complex (Pol III EC), respectively. Altogether, our structural and biochemical data shed new light on our understanding of the mechanism of Ty1 integration in extit{S. cerevisiae} at Pol III transcribed genes