Etude structurale et fonctionnelle de DciA, le partenaire ancestral de l'hélicase réplicative bactérienne

par Claire Cargemel

Projet de thèse en Biochimie et biologie structurale

Sous la direction de Sophie Cheruel.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué , en partenariat avec Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (laboratoire) , Fonction et architecture des assemblages macromoléculaires (equipe de recherche) et de Faculté de pharmacie (référent) depuis le 30-09-2019 .


  • Résumé

    L'hélicase réplicative bactérienne DnaB est un moteur moléculaire appartenant à la superfamille 4 (SF4). Son rôle est de séparer les deux brins de l'ADN au cours de la réplication. Cette protéine s'organise sous la forme d'un anneau fermé et dynamique formé par 6 monomères, et se déplace de 5' en 3' sur l'ADN simple brin. Pour permettre la réplication du génome bactérien, DnaB doit être chargée autour de l'ADN simple brin. Lors de l'initiation de la réplication, DnaA, la protéine initiatrice de la réplication, ouvre la molécule d'ADN à l'origine de réplication du chromosome oriC. Chez le modèle Escherichia coli, DnaB est recruté par la protéine de chargement DnaC. La structure du complexe EcDnaB·EcDnaC a été récemment résolue par microscopie électronique et montre que DnaC stabilise l'hexamère sous une forme ouverte et torsadée, compatible pour le chargement (Arias-Palomo et al, 2019). L'analyse phylogénétique de DnaC/I a mis en évidence que ces protéines étaient absentes dans la majorité des phyla bactériens. En revanche, cette analyse a permis de mettre en évidence une nouvelle protéine très largement majoritaire dans le monde bactérien et impliquée dans l'initiation de la réplication. Cette protéine a été identifiée et nommée DciA pour « DnaC/I Antecedent » par nos collaborateurs (Brezellec et al, 2016). Le KO du gène est létal, dciA est donc un gène essentiel. Il a été démontré que DciA intervient dans l'initiation de la réplication du chromosome. Sa fonction de chargeur de l'hélicase doit maintenant être démontrée et caractérisée. Au laboratoire nous travaillons sur le système de réplication de V. cholerae (Vc). Nous combinons des approches biochimiques, biophysiques et structurales pour compléter les approches génétiques et phylogénétiques de nos collaborateurs, afin de comprendre la fonction de VcDciA. Nos résultats, encore préliminaires, laissent à penser que les 2 types de chargeurs, DnaC et DciA, qui ne présente pas d'identité de séquence ni d'homologie de structurale, fonctionnent selon des mécanismes différents. L'objectif de cette thèse est d'élucider le mécanisme de chargement mis en œuvre par DciA et de le comparer à celui de DnaC.

  • Titre traduit

    Structural and functional study of DciA, the ancestral partner of the bacterial replicative helicase


  • Résumé

    Bacterial replicative helicase, DnaB, are molecular motor belonging to superfamily 4 (SF4). Its role is to separate the two strands of DNA during replication. This protein is organized as a closed and dynamic ring formed by 6 monomers, and moves from 5' to 3' on single-stranded DNA. DnaB must be loaded around the single-stranded DNA to enable replication of the bacterial genome. During the initiation of replication, DnaA, the replication initiator protein, opens the DNA molecule at the origin of replication of the oriC chromosome. In the Escherichia coli model, DnaB is recruited by the DnaC loading protein. The structure of the EcDnaB-EcDnaC complex has recently been solved by electron microscopy and shows that DnaC stabilizes the hexamer in an open, twisted, load-compatible form (Arias-Palomo et al, 2019). Phylogenetic analysis of DnaC/I showed that these proteins were absent in the majority of bacterial phyla. On the other hand, this analysis revealed a new protein present in the majority of the bacterial genome. It also revealed that this protein is involved in the initiation of replication. This protein was identified and named DciA for "DnaC/I Antecedent" by our collaborators (Brezellec et al, 2016). The KO of the gene is lethal, so dciA is an essential gene. DciA has been shown to be involved in the initiation of chromosome replication. Its function as a helicase loader must now be demonstrated and characterized. In the laboratory we work on the replication system of V. cholerae (Vc). We combine biochemical, biophysical and structural approaches to complement the genetic and phylogenetic approaches of our collaborators to understand the function of VcDciA. Our results, still preliminary, suggest that the two types of loaders, DnaC and DciA, which do not present sequence identity or structural homology, function according to different mechanisms. The objective of this thesis is to elucidate the loading mechanism implemented by DciA and to compare it to that of DnaC.