Études structurales des complexes d'élongation de l'ARN polymérase et de leur interaction avec des machineries cellulaires

Structural studies on RNA polymerase elongation complexes interacting with other cellular machines

• Auteur / Autrice : Vita Vidmar
• Direction : Albert Weixlbaumer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 07/02/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Charvin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Nadal, Maria Selmer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions ADN-protéine

Élongation (biologie moléculaire)

Topoisomérases

Mots clés libres

Transcription

ARN polymérase

Topoisomérase I

Pause transcriptionnelle

Structure cryo-EM

Transcription

RNA polymerase

Topoisomerase I

Transcriptional pausing

Cryo-EM structure

Résumé

Afin de surmonter les effets inhibiteurs d'un enroulement excessif du brin d'ADN dû à la transcription, l'ARN polymérase (ARNP) collabore avec les ADN topoisomérases. Des interactions directes entre la RNAP et la topoisomérase I (TopoI) avaient été suggérées sans que les détails moléculaires de leur interaction soient déterminés. Dans cette étude, nous avons examiné la coopération entre la RNAP d'E. coli et la TopoI in vitro en utilisant la biochimie et la cryo-EM. Nous avons résolu les structures des complexes ARNP-TopoI dans plusieurs états fonctionnels. Le surenroulement de l'ADN matriciel affecte également la pause transcriptionnelle, et nous avons démontré que la durée de la pause augmente avec l'accroissement de la superhélicité négative. Pour explorer ce mécanisme, nous avons mis en place une méthode permettant d'étudier les complexes d'élongation de la RNAP par cryo-EM sur des ADN avec une topologie proche du surenroulement physiologique.

To prevent inhibitory effects of excessive supercoiling due to transcription, RNA polymerase (RNAP) cooperates with topoisomerases. In several bacterial species RNAP and topoisomerase I (TopoI) were reported to be in a direct contact, but molecular details of their interaction remained unknown. In this work, we studied the cooperation between E. coli RNAP and TopoI in vitro by biochemical methods and cryo-EM. Using nucleic acid scaffolds, we solved structures of a transcribing RNAP-TopoI complex in several functional states. Supercoiling of the DNA template was also implicated in transcriptional pausing and we showed that pause duration increases as a function of increased negative superhelicity on several pause sites. To explore the underlying mechanism, we set up a method to study RNAP elongation complexes on templates with physiological supercoiling by cryo-EM.