Etudes de dynamiques et interactions biomoléculaires, en combinant synthèse chimique et spectroscopie RMN

Probing biomolecular dynamics and intercations by combining chemical synthesis and NMR spectroscopy

• Auteur / Autrice : Emeline Mestdach
• Direction : Loïc Salmon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/09/2022
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de RMN à très hauts champs de Lyon (2009-...)
• Jury : Président / Présidente : Éric Ennifar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Salmon, Éric Ennifar, Virginie Gervais, Cameron Mackereth, Catherine Bougault, Guido Pintacuda
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Gervais, Cameron Mackereth

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactériophages

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

ARN de transfert

MicroARN

Mots clés libres

MicroARN

ARN de transfert

Spectroscopie RMN

Bactériophage

Dynamique

Relaxation

MicroRNA

Transfer RNA

NMR spectroscopy

Bacteriophage

Dynamics

Relaxation

Résumé

Ma thèse portait sur le développement de méthodologies de RMN biomoléculaire pour caractériser la dynamique et les interactions de molécules biologiques, en explorant de nouveaux horizons de la biologie, de la chimie et de la spectroscopie RMN. Mes travaux ont d’abord porté sur les micro-ARN (miARN), des régulateurs génétiques clés, capables de bloquer la traduction des ARN messagers (ARNm). Le miARN let-7 et ses cibles ont été synthétisés chimiquement pour incorporer des sondes 19F, permettant de décrire l’interaction entre let-7 et ses ARNm cibles par RMN. Le deuxième projet était centré sur un ARN de transfert (ARNt), un composant essentiel de la traduction. La modulation de la dynamique de l’ARNt a été étudiée à l’aide de la relaxation de spin 15N, dans le contexte de la maturation de l’ARNt. Les vitesses de relaxation ont ainsi été mesurées à plusieurs champs et analysées pour entrevoir la dynamique rapide de ce système. La troisième étude visait à caractériser une protéine impliquée dans l’infection de bactérie par le bactériophage T5, et à sonder son interaction avec son récepteur membranaire. L’attribution des résonances de la protéine LLP impliquée dans l’infection par le phage a été réalisée, ainsi que la caractérisation de la structure 3D. La relaxation de spin a été utilisée pour entrapercevoir la dynamique de LLP et une titration avec le récepteur bactérien a permis de révéler l’interface de liaison. Un projet complémentaire (non détaillé ici) concernait l’ étude dynamique d’une aquaporine, une protéine membranaire jouant le rôle de passeur d’eau, par RMN du solide à plusieurs champs. Tous ces exemples illustrent comment la spectroscopie RMN peut sonder des processus dynamiques complexes dans divers contextes biologiques.

My thesis focused on the development of novel biomolecular NMR methodologies to characterise dynamics and interactions of biological macromolecules, by exploring novel horizons of biology, chemistry and NMR spectroscopy. My work first focused on micro-RNAs (miRNAs), key genetic regulators, capable to block messenger RNA (mRNA) translation. The let-7 miRNA and its targets were chemically synthesized to incorporate 19F probes, allowing to describe the interaction between let-7 and its target mRNAs by NMR. The second project was centered on a transfer RNA (tRNA), an essential component of the translation. Modulation of tRNA dynamic was probed using NMR 15N spin relaxation, in the context of tRNA maturation. Here, multiple-field relaxation rates, were measured and analysed to capture the fast dynamics of this system. The third study aimed at characterising a protein involved in the T5 bacteriophage infection of bacteria, and probe its interaction with its bacteria receptor protein. Resonance assignment of LLP the T5 protein involved in phage infection has been performed, as well as the 3D structure characterisation. Spin relaxation was used to probe LLP dynamics and titration experiments with the bacteria receptor allowed to reveal the binding interface. An additional project (not detailed) involved the dynamic study of an aquaporin, a membrane protein acting as water channel, by solid-state NMR at multiple fields. All these examples exemplify how NMR spectroscopy can probe complex dynamic processes in various contexts.