Étude structurale de la protéine Nurf55 : une chaperonne d'histone et une sous-unité de Polycomb Repressive Complex 2

• Auteur / Autrice : Agnieszka Nowak
• Direction : Christoph W. Müller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiocristallographie

Calorimétrie

Résumé

Les gènes du groupe Polycomb (PcG) ont été identifiés chez D. Melanogaster. Leur rôle est de maintenir les états réprimés des gènes homéotiques. Les produits des gènes PcG agissent en complexes multi-protéiques, les Polycomb Repressive Complexes, qui interagissent au niveau de la chromatine affectant sa structure. L'objectif du projet a été l'étude structurale du Polycomb Repressive Complex 2 (PRC 2), qui possède une activité histone methyltransferase, spécifique pour la lysine 27 du histone H3. Ce manuscrit décrit les études structurales et fonctionnelles d'une sous-unité de PRC2, une chaperon d'histone Nurf55. Par cristallographie aux rayons X nous avons obtenu la structure atomique de Nurf55 en complexe avec un fragment hélical de l'histone H4 à une résolution de 1. 7Â. Nous avons identifié les acides aminés nécessaires à l'interaction de ces deux protéines puis validé les observations par calorimétrie isotherme à titration (ITC). Nous avons aussi observé que cette même région de Nurf55 interagit avec la partie N-terminale de l'histone H3 et que cette interaction implique deux sites. On a proposé un modèle d'interaction entre Nurf55 et un dimère composé des histones H3 et H4. Finalement, l'interaction de Nurf55 avec la partie N-terminale d'une autre protéine composante de PRC2, Su(z)12, a été charterisée. Cette interaction implique les mêmes résidus de Nurf55 responsables de l'interaction avec les histones H3 et H4. On propose l'hypothèse que Nurf55 interagirait avec une hélice a de la partie N-terminale de Su(z)12 d'une manière similaire qu'avec l'hélice a de l'histone H4 observée dans notre structure atomique.

Polycomb genes (PcG) were first discovered by genetic screens in D. Melanogaster, where they act as repressors of key developmental genes, known as homeotic genes. The protein products of PcG genes form large multi protein complexes, called Polycomb Repressive Complexes, which regulate the expression of target genes via modification of the local chromatin structure and probably via direct interaction with the transcription machinery. The objective of the project described here was structural characterization of the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), which has a histone methyltransferase activity specific for lysine 27 of histone H3. Ln this manuscript 1 present a high resolution X¬ray structure (1. 7 Â) of one of the PRC2 subunits, the histone-chaperone Nurf55, in complex with a fragment of histone H4. The importance of individual interactions observed in the crystal structure was confirmed by ITC measurements with mutant Nurf55 proteins and mutant H4 peptides. Additionally, a novel interaction between Nurf55 and the N¬terminal tail of histone H3 has been characterized. This interaction is mediated by two binding sites on the surface of Nurf55, one of which overlaps with the H4 binding site. Based on these observations we propose a model of how Nurf55 may bind the dimer of histones H31H4 and perform its role of a histone chaperone. We also found out that in the context of the PRC2 Nurf55 interacts with the N-terminal part ofanother subunit of the complex, protein Su(z)12 and that this interaction is mediated by the same binding pocket of Nurf55''which also mediates the binding of the H4 and H3 peptides.