Analyse structurale et fonctionnelle des particules sRNP à boîtes H/ACA, catalysant la formation ciblée des pseudouridines dans les ARN d'archaea

par Jean-Baptiste Fourmann

Thèse de doctorat en ARN : Biogenèse et structure / fonction

Sous la direction de Bruno Charpentier.

Soutenue le 13-11-2009

à Nancy 1, dans le cadre de BioSE - Ecole Doctorale Biologie, Santé, Environnement, en partenariat avec UMR 7214 AREMS (laboratoire) .

Le jury était composé de Bruno Charpentier, Yves Henry, Nicolas Leulliot, Alain Krol, Christiane Branlant.

Les rapporteurs étaient Yves Henry, Nicolas Leulliot.


  • Résumé

    L’isomère de l’uridine (U), la pseudouridine (?), est le nucléoside le plus fréquemment rencontré dans les ARN. La réaction de pseudouridylation dans les ARN est catalysée par des ARN:?-synthases qui, soit fonctionnent comme des enzymes protéiques, soit sont portées chez les eucaryotes et les archaea par des particules ribonucléoprotéiques (RNP). Chaque RNP est composée d’un RNA guide dit à boîtes H/ACA (sno/sca/sRNA chez les eucaryotes et sRNA chez les archaea) et d’un ensemble invariable de protéines : l’enzyme ARN:?-synthase Dyskérine/aCBF5 et les 3 protéines NOP10/aNOP10, GAR1/aGAR1 et NHP2/L7Ae. L’ARN guide assure la reconnaissance de l’ARN cible à modifier par appariement de bases. Les sRNA H/ACA identifiés chez l’archae Pyrococcus abyssi ont servi de modèles pour des études de structure-fonction basées sur i) la mesure de l’activité de sRNP H/ACA reconstituées avec les composants protéiques et nucléiques purifiés, ii) l’analyse de la structure 2D des ARN au sein des RNP par des sondes chimiques et enzymatiques et par dichroïsme circulaire, iii) les diverses structures 3D disponibles. Les déterminants moléculaires présents sur les ARN guides ont été précisés, ainsi que le rôle fonctionnel des différentes protéines, de leurs domaines structuraux et de résidus conservés. Nous montrons que l’association entre aNOP10 et L7Ae est cruciale pour l’activité des RNP. Nous avons identifié que aCBF5 pouvait catalyser la formation des résidus ?55 dans les ARNt et ?2603 dans l’ARN 23S sans l’intervention de sRNA. Nous avons étudié le rôle de résidus conservés de aNOP10 ainsi que du site actif et de la boucle ß7/ß10 de aCBF5 dans les activités guidée et non guidée de aCBF5.

  • Titre traduit

    Structural and functional analysis of box H/ACA sRNP particles, which catalyze the targeted formation of pseudouridines in archaeal RNAs


  • Résumé

    Pseudouridine (?), uridine’s isomer, is the most abundant modified nucleoside found in structured RNAs. The reaction of pseudouridylation is either catalyzed by a limited number of standalone RNA:?-synthases, or in eukaryotes and archaea by multiple ribonucleoprotein particles (the so-called, box H/ACA sno/sca/sRNPs). Each RNP is composed of a specific box H/ACA RNA used as a guide to define the U residue for modification, and a common set of four proteins– the RNA:?-synthase Dyskerin/aCBF5, and the auxiliary proteins NOP10/aNOP10, GAR1/aGAR1, NHP2/L7Ae (respectively in human and archaea). Initially, 7 guide RNAs were identified in the archaeon P. abyssi, which were used as models for structure-function analyses. Activities of RNPs reconstituted with purified protein and RNA components were measured; RNA 2D structure within RNPs was investigated by chemical and enzymatic probing assays as well as by circular dichroism. By taking into consideration the various 3D structures recently resolved, we were able to pinpoint the RNA molecular determinants and to clarify the role played by each protein, their domains, and some of their conserved residues. Hence, interaction between aNOP10 and L7Ae was found to be crucial for RNP activity. Moreover, we show that the enzyme aCBF5 catalyzes pseudouridylation at the position 55 in tRNAs and the position 2603 in 23S rRNA without the use of any guide sRNA. The role of residues conserved in aNOP10, and in the active site and the ß7/ß10 loop of aCBF5 for the RNA and non-RNA guided activities were analyzed.

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