Fondement structural de la transcription : le backtracking de l'ARN polymérase et sa réactivation

Structural basis of transcription : RNA polymerase backtracking and its reactivation

• Auteur / Autrice : Moamen Abdelkareem
• Direction : Albert Weixlbaumer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique et biologie structurale
• Date : Soutenance le 14/10/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 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 : Patrick Schultz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Albert Weixlbaumer, Patrick Schultz, Emmanuelle Schmitt, Terence Strick
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Schmitt, Terence Strick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryomicroscopie électronique

Biophysique

Transcription génétique

Mots clés libres

Backtracking

Cryo-EM

Sauvetage transcriptionnel

Backtracking

Cryo-EM

Transcriptional rescue

Résumé

Ma thèse se focalise sur la compréhension d’un phénomène de transcription, appelé backtracking, qui inactive la RNAP et arrête la transcription. La réactivation des complexes RNAP arrêtés et la reprise de la transcription nécessitent un facteur protéique appelé GreB. L’objectif du projet était d’obtenir des informations structurelles sur: i) la façon dont le retour en arrière inactive la RNAP dans E. coli; et ii) comment GreB sauve la RNAP en marche arrière pour continuer la transcription. À l'aide de SP cryo-EM, j’ai capturé quatre instantanés de RNAP dans différents états. Mes résultats montrent que l'ARN n'est plus aligné avec le site actif. De plus, suite à un retour en arrière, la RNAP adopte de nouvelles modifications de conformation permettant la liaison de GreB. En conséquence, le NTD de GreB entre en contact le site actif de la RNAP et donne des résidus acides qui augmentent l'affinité pour un ion magnésium, ce qui est nécessaire pour la catalyse du clivage de l'ARN mal aligné. Ces quatre reconstructions donnent un aperçu du mécanisme catalytique et de la dynamique du clivage et de l'extension de l'ARN.

[...]My Ph.D. was focused on the understanding of a transcriptional phenomenon, termed backtracking, which inactivates RNAP and halts transcription. Reactivation of halted RNAP complexes and transcription resumption, requires a protein factor called GreB. The objective of the project was to gain structural information on: i) how backtracking inactivates RNAP inE. coli; and ii) how GreB rescues backtracked RNAP to continue transcription. Using SP cryo- EM, I captured four snapshots of RNAP at different states covering the backtracking and reactivation cycle. My results show that the RNA is no longer aligned with the active center, explaining the transcription halt. Furthermore, as a result of backtracking, RNAP adopts new conformational changes allowing GreB binding. As a consequence, the NTD of GreB contacts RNAP active center and donates acidic residues that increase the affinity towards a magnesium ion, which is required for cleavage catalysis of the misaligned RNA. These four reconstructions give insights on the catalytic mechanism and dynamics of RNA cleavage and extension. [...]