Adaptation aux hautes températures des systèmes de contrôle du surenroulement de l'ADN : étude structurale et mécanistique de la topoisomérase I chez la bactérie hyperthermophile Thermotoga maritima

par Thierry Viard

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Michel Duguet.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .


  • Résumé

    Les ADN topoisomérases jouent un rôle primordial dans le maintien de la fonctionnalité des molécules d'ADN. Ce rôle est encore plus essentiel chez les organismes vivant à haute température. Le travail décrit dans cette thèse a donc été entrepris afin d'appréhender certaines bases de l'adaptation des systèmes de contrôle du surenroulement de l'ADN aux hautes températures. De même, cette étude a tenté de contribuer à une meilleure connaissance de la réaction de topoisomérisation catalysée par les topoisomérases de type IA. Dans ce but, nous avons entrepris l'analyse enzymatique de la topoisomérase I de la bactérie hyperthermophile Thermotoga maritima. Cette analyse a permis d'identifier la tyrosine catalytique de l'enzyme ainsi que la présence d'un motif doigt de zinc. Ces expériences ont également mis en évidence une impressionnante activité de relaxation indépendante de la fixation de zinc par l'enzyme, contrairement à ce qui avait été décrit pour la topoisomérase I d'E. Coli. Des expériences menées sur des molécules uniques d'ADN indiquent que malgré leurs différences d'efficacité, ces deux enzymes suivent le même modèle catalytique. L'analyse biochimique d'enzymes chimères indique que la partie C-terminale de l'enzyme de T. Maritima n'est pas impliquée dans l'étape de passage de brin. Nous pensons que ces résultats peuvent être extrapolés à toutes les topoisomérases de type IA. Des essais de cristallisation ont permis l'obtention d'une structure préliminaire du domaine "core" de la topoisomérase I de T. Maritima à une résolution de 3,5 Angströms. De plus, l'analyse des produits de protéolyse ménagée de la topoisomérase I de T. Maritima nous a permis de définir la zone charnière impliquée sans doute dans le changement conformationnel de l'enzyme. La contribution de ce travail à la connaissance du cycle de la réaction de topoisomérisation et à la compréhension de l'adaptation aux hautes températures du contrôle du surenroulement de l'ADN est discutée dans cette thèse.


  • Résumé

    DNA topoisomerases, by controlling DNA supercoiling state, are key enzymes for adaptation to high temperature in thermophilic organisms. The work described in this thesis, try to better understand the adaptation to the high temperatures of the DNA supercoiling control systems. Moreover, it try also to better understand the type IA DNA topoisomerase-mediated catalysis. In this goal, we start the enzymatic study of the topoisomerase I from the hyperthermophilic Thermotoga maritima. We identified the catalytic tyrosine and a zinc finger motif. We also showed that T. Maritima topoisomerase I exhibits a very high DNA relaxing activity. Zinc binding is not required for DNA relaxation activity, contrary to the E. Coli enzyme. Experiments with a unique single-stranded DNA showed that both enzymes act in the same way though there is a important difference between their activities. Biochemical study of chimerical proteins showed that the C-terminal domain does not seem to be involved in strand passage mechanism. We think that it is also true for all type IA topoisomerases. Crystallization assays allowed us to get a preliminary structure (at 3. 5 Angstrom resolution) of the T. Maritima topoisomerase I core domain. Limited proteolysis of T. Maritima topoisomerase exhibits a unique hot spot susceptible to proteolytic attack which could correspond to the hinge involved in conformational movements during type IA DNA topoisomerase-mediated catalysis. The contribution of this work to a better understanding of the adaptation to the high temperatures of the DNA supercoiling control systems and to a better comprehension of the type IA DNA topoisomerase-mediated catalysis is discussed in this thesis.

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Informations

  • Détails : 94 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.75-82

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2003)103
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