Circuits de modification des ARNt : apport des méthodes biochimiques et de la RMN

Modification circuits in transfer RNAs : contribution of biochemical and NMR methods

• Auteur / Autrice : Marcel-Joseph Yared
• Direction : Pierre Barraud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'expression génétique microbienne

Mots clés

Mots clés libres

ARNt

Modifications de l'ARN

Circuits de modifications

Rmn

Structure de l'ARNt

Cinétique enzymatique

TRNA

RNA modifications

Modification circuits

Nmr

TRNA structure

Enzyme kinetics

Résumé

Les ARN de transfert (ARNt) sont des molécules adaptatrices principalement impliquées dans la traduction et dans divers processus cellulaires secondaires. Les ARNt subissent un processus de biogenèse hautement régulé menant à la formation d'ARNt fonctionnels et correctement repliés. Une étape particulière de la maturation des ARNt consiste à incorporer des modifications chimiques sur des nucléotides spécifiques de l'ARNt. Ces modifications post-transcriptionnelles influencent, à un certain degré, tous les aspects structuraux et fonctionnels des ARNt, notamment leur stabilité structurale, leur stabilité cellulaire, leur thermotolérance, la génération de fragments d'ARNt et la traduction. Par conséquent, l'introduction des modifications est étroitement régulée par plusieurs facteurs. Particulièrement, la présence de certaines modifications peut réprimer ou favoriser l'incorporation de modifications ultérieures, créant ainsi des réseaux d'interdépendance entre les modifications, appelés circuits de modification. Dans le cadre de mes travaux de thèse, j'ai étudié divers aspects des circuits de modification présents dans les ARNt de la levure S. cerevisiae et de la bactérie E. coli. Dans la première partie de mes recherches, je me suis concentré sur la caractérisation des mécanismes moléculaires qui guident l'incorporation de la modification m1A58 sur les ARNt élongateurs et initiateurs de S. cerevisiae. J'ai décrit deux voies de modification distinctes pour l'incorporation du m1A58 par Trm6/Trm61. Ces résultats, associés à une analyse par RMN des effets structuraux du m1A58 sur l'ARNtiMet, ont permis de proposer une explication structurale concernant la dégradation de l'ARNtiMet hypomodifié dépourvu de la modification m1A58 chez la levure. Dans la deuxième partie de mes travaux, je me suis concentré sur l'étude de l'incorporation des modifications post-transcriptionnelles sur les nucléotides du corps des ARNt d'E. coli. En utilisant la RMN pour le suivi temporel de la maturation des ARNt, combiné à des approches biochimiques et enzymatiques, j'ai identifié et caractérisé des circuits de modification au sein du corps des ARNt d'E. coli. Dans leur ensemble, mes travaux de thèse contribuent à l'élargissement de nos connaissances sur les circuits de modification et sur leur rôle potentiel dans la modulation des voies moléculaires, ouvrant la voie à de futures études visant à élucider leurs implications dans certains processus cellulaires.

Transfer RNAs (tRNAs) are adaptor molecules primarily involved in translation and various secondary cellular processes. tRNAs undergo a highly regulated biogenesis process leading to the formation of properly folded functional tRNAs. One particular maturation step consists in chemically modifying specific nucleotides in the tRNA molecule. To some extent, post-transcriptional modifications impact all aspects of tRNA biology, including tRNA structural stability, cellular integrity, thermotolerance, tRNA fragment generation, and translation. Consequently, the introduction of these modifications is tightly regulated by multiple factors. Notably, the presence of certain modifications can either repress or promote the incorporation of subsequent ones, giving rise to intricate interdependency networks known as modification circuits. In my Ph.D. work, I investigated various aspects of modification circuits in S. cerevisiae and E. coli tRNAs. In the first part of my research, I focused on characterizing the molecular mechanisms that guide the incorporation of the m1A58 modification onto S. cerevisiae elongator and initiator tRNAs. This led to the description of two distinct modification pathways for m1A58 incorporation by Trm6/Trm61. These findings, coupled with further NMR analysis of the structural effects of m1A58 on tRNAiMet, yielded insights into the structural basis for the degradation of hypomodified tRNAiMet lacking m1A58 in yeast. In the second part of my research, I focused on studying the temporality of incorporation of tRNA core modifications in E. coli. Using NMR for time-resolved monitoring of tRNA maturation, alongside biochemical and enzymatic approaches, I identified and characterized modification circuits within the core region of E. coli tRNAs. Overall, my research contributes to our understanding of modification circuits and their potential role in modulating molecular pathways, paving the way for future studies aimed at elucidating their implications in particular cellular processes.