Étude structurale de complexes ADN de la protéine MeCP2 impliqués dans le syndrome de Rett

Structural study of DNA complexes of the Rett syndrome protein MeCP2

• Auteur / Autrice : Sylvain Guggenbuhl
• Direction : Bruno Klaholz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 20/12/2024
• 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 : Sébastien Fribourg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Burnouf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Fribourg, William Bourguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytosine

Protéines de liaison à l'ADN

Génétique

Syndrome de Rett

Mots clés libres

Syndrome de Rett

MeCP2

ADN CA hydroxyméthylé

Cristallographie aux rayons-X

Caractérisation biophysique

Rett syndrome

MeCP2

CA repeat DNA

X-ray crystallography

Biophysical characterization

Résumé

Le syndrome de Rett est une maladie génétique rare conduisant à un désordre neurologique grave, causée par des mutations de la protéine MeCP2. MeCP2 est une protéine de liaison à l’ADN dont le domaine MBD lie spécifiquement les cytosines hydroxyméthylées au sein de répétitions de dinucléotides CA. Dans cette thèse, je présente une étude structurale par cristallographie aux rayons-X et une caractérisation biophysique par ITC et NanoDSF des cinq mutations faux-sens les plus fréquentes du MBD de MeCP2 (T158M, R133C, R106, P152R et S134C) qui sont naturellement présentes chez les patients atteints du syndrome de Rett. Des structures comprenant les MBD P152R et S134C en complexe avec un ADN contenant une cytosine hydroxyméthylées au sein d’une répétition de dinucléotides CA ont pu être déterminées. Ces structures révèlent que les mutations causent une altération de l’interaction spécifique et critique de MeCP2, qui permet normalement la reconnaissance des cytosines hydroxyméthylées. De plus, la caractérisation biophysique des mutations du domaine MBD de MeCP2 révèle une baisse de l’affinité de liaison à l’égard des répétitions de dinucléotides CA hydroxyméthylées et une baisse de la stabilité du repliement du domaine pour certaines mutations.

Rett syndrome is a rare genetic disorder leading to severe neurological impairments. It is caused by mutations of the MeCP2 protein. MeCP2 is a DNA binding protein whose MBD domain specifically binds to hydroxymethylated cytosines in the context of CA dinucleotide repeats. This thesis presents a structural study by X-ray crystallography and a biophysical characterization by ITC and NanoDSF of the five most frequent mutations that are naturally affecting the MBD domain of MeCP2 in patients with Rett syndrome.The structures of the MBD P152R and S134C in complex with DNA containing a hydroxymethylated cytosine within a CA dinucleotide repeat have been determined. These structures reveal an alteration caused by the mutation of the specific and critical interaction of MeCP2 that usually enables the recognition of hydroxymethylated cytosines. In addition, the biophysical characterization of the mutations reveals a decrease of the binding affinity of the MBD toward hydroxymethylated CA dinucleotide repeats along with a decrease in the MBD folding stability for some mutations.