Modélisation de l'influence des lésions de l'ADN sur la régulation de l'expression génique

Modeling the influence of DNA lesion on the regulation of gene expression

• Auteur / Autrice : Tom Miclot
• Direction : Antonio Monari, Giampaolo Barone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Università degli studi (Palerme, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et de Chimie théoriques (Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Grandemange
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antonio Monari, Giampaolo Barone, Iñaki Tuñón, Matteo Lambrughi, Adriana Pietropaolo, Antonio Santoro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Iñaki Tuñón, Matteo Lambrughi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie physique et théorique

G-quadruplexes

Dynamique moléculaire

ADN -- Altération

Expression génique

Mots clés libres

Expression génique

Lésions de l'ADN

Dynamique moléculaire

Gene expression

DNA lesions

Molecular dynamic

Résumé

Les acides nucléiques sont des macromolécules organiques qui résultent de la polymérisation de nucléotides. Ces molécules sont généralement considérées comme le support de l'information génétique. Deux familles d'acides nucléiques sont actuellement connues : l'ADN et l'ARN. D'un point de vue structurel, la forme la plus populaire est la double hélice d'ADN. Cependant, d'autres formes existent et parmi elles, le G-quadruplex. Il s'agit d'un repliement de l'ADN, ou de l'ARN, dans une zone riche en guanines. Celles-ci forment des quadruplex de guanines, qui sont empilées les unes sur les autres et sont stabilisées par un cation central. Les structures G-quadruplex sont de plus en plus étudiées. Ceci n'est pas surprenant puisque leur rôle biologique implique la régulation de mécanismes génétiques. Ils sont notamment impliqués dans la régulation du cycle cellulaire, mais ils jouent également un rôle dans le cancer, certaines maladies neurologiques ou virales. L'objectif de cette thèse est d'étudier les G-quadruplex en utilisant les outils de la chimie théorique. Les trois années de travail soulèvent des points très importants pour la recherche sur les G-quadruplex. Tout d'abord, la modélisation d'une structure théorique de G-quadruplex peut être réalisée par homologie de séquence et validée par les calculs d'un spectre théorique de dichroïsme circulaire. Par conséquent, il est possible d'utiliser ces outils pour proposer et utiliser une structure G-quadruplex si elle n'est pas encore résolue expérimentalement. Ensuite, le travail effectué montre que les G-quadruplex forment un repliement très stable puisqu'ils sont globalement conservés même lorsque de la 8-oxo-guanine ou des lésions de rupture de brin sont introduites au niveau des quartets. Ensuite, l'article se concentre sur l'interaction entre les G-quadruplex et les protéines. Il met en évidence le rôle important de l'ARN G-quadruplex dans l'infection du pathogène viral SARS-CoV-2. Cet ARN favorise la dimérisation de la protéine SUD du virus, qui est à son tour responsable de la perturbation du système immunitaire. Enfin, cette thèse fournit une explication structurelle de l'interaction spécifique entre la protéine DARPin 2E4 et le G-quadruplex du promoteur c-Myc.

Nucleic acids are organic macromolecules that result from the polymerization of nucleotides. These molecules are generally considered as the support of the genetic information. Two families of nucleic acids are currently known: DNA and RNA. From a structural point of view, the most popular form is the double helix of DNA. However, other forms exist and among them are the G-quadruplex. This is a folding of the DNA, or RNA, in an area rich in guanines. These form quadruplex of guanines, which are stacked on top of each other and are stabilized by a central cation. G-quadruplex structures are increasingly studied. This is not surprising since their biological role involves the regulation of genetic mechanisms. They are notably involved in the regulation of the cell cycle, but they also play a role in cancer, certain neurological or viral diseases. The aim of this PhD thesis is to study G-quadruplex using theoretical chemistry tools. The three years of work raise very important points for the research on G-quadruplex. First, the modeling of a theoretical G-quadruplex structure can be achieved by sequence homology and validated by calculations of a theoretical circular dichroism spectrum. Consequently, it is possible to use these tools to propose and use a G-quadruplex structure if it is not yet experimentally solved. Then, the work done shows that G-quadruplex form a very stable folding since they are globally conserved even when 8-oxo-guanine or strand breaks lesions are introduced at the quartets. Then, the paper focuses on the interaction between G-quadruplex and proteins. It highlights the important role of G-quadruplex RNA in the infection of the viral pathogen SARS-CoV-2. This RNA promotes the dimerization of the SUD protein of the virus, which in turn is responsible for the disruption of the immune system. Finally, this thesis provides a structural explanation for the specific interaction between the DARPin 2E4 protein and the G-quadruplex of the c-Myc promoter.