Study of DNA replication in Archaea

Etude de la réplication de l'ADN chez les Archaea

• Auteur / Autrice : Jonathan Berthon
• Direction : Patrick Forterre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ribosomes

Évolution

ADN

Mots clés libres

Archaea

Analyse comparative

Couplage fonctionnel

Résumé

Les Archaea sont des organismes unicellulaires de type bactérien qui possèdent de nombreux caractères moléculaires eucaryotes. En particulier, la machinerie de réplication archéenne est une version homologue et simplifiée de celle des eucaryotes. Au cours de cette thèse, j’ai étudié la réplication de l’ADN chez les Archaea en combinant des approches in vitro et in silico. Premièrement, j’ai essayé de purifier la protéine initiatrice de la réplication Cdc6/Orc1, sous une forme native, dans l’espoir de mettre au point le premier système de réplication de l’ADN in vitro chez les Archaea. Cette approche a été infructueuse en raison des propriétés d’agrégation de la protéine. Deuxièmement, j’ai réalisé une analyse comparative du contexte génomique des gènes de réplication dans les génomes d’Archaea. Cette analyse a permis d’identifier une association très conservée entre des gènes de la réplication et des gènes liés au ribosome. Cette organisation génomique suggère l’existence d’un mécanisme de couplage entre la réplication de l’ADN et la traduction. De manière remarquable, des données expérimentales obtenues chez des modèles bactériens et eucaryotes appuient cette idée. J’ai ensuite mis au point des outils expérimentaux qui permettront d’éprouver la pertinence biologique de certaines des prédictions effectuées. Finalement, j’ai examiné la distribution taxonomique des gènes de la réplication dans les génomes d’Archaea afin de prédire la composition probable de la machinerie de réplication de l’ADN chez le dernier ancêtre commun des Archaea. Dans leur ensemble, ces analyses suggèrent que la machinerie ancestrale était plus complexe que celle des organismes archéens contemporains.

Archaea are unicellular organisms with a bacterial phenotype, yet they exhibit many eucaryotic features at the molecular level. In particular, archaeal DNA replication machinery is a homologous and simplified version of that in eucaryotes. In this work, I have studied archaeal DNA replication with both in vitro and in silico approaches. First, I have tried to purify the archaeal replication initiator protein Cdc6/Orc1 in its native form, in the hope to set up the first in vitro archaeal DNA replication system. Unfortunately, this approach was not successful, because of the aggregation properties and instability of the protein. Secondly, I have carried out a comparative analysis of the genome context of DNA replication genes in archaeal genomes. This analysis has led to the identification of a widely conserved association between DNA replication and ribosome-related genes. This genomic organization suggests the existence of a mechanism coupling DNA replication and translation. Remarkably, experimental evidence supporting this idea is emerging piecemeal from biochemical studies in bacteria and eucaryotes. I have then set up some experimental tools that will allow testing some of these in silico predictions in the near future. Finally, I have examined the taxonomic distribution of DNA replication genes in archaeal genomes in order to infer the probable composition of the DNA replication machinery of the last archaeal common ancestor. Overall, the phyletic patterns of archaeal DNA replication genes suggest that the DNA replication apparatus of this ancestor was likely more complex than that of contemporary archaeal cells.