Rôle des cations divalents dans l'interaction DNasel/ADN : effet sur la structure et la dynamique de l'ADN

par Marc Gueroult

Thèse de doctorat en Bioinformatique structurale

Sous la direction de Brigitte Hartmann.

Soutenue en 2011

à Paris 7 .


  • Résumé

    Les cations sont indispensables à un grand nombre de processus biologiques majeurs. Nous montrons leur importance à travers l'étude de deux systèmes, en utilisant des approches théoriques comme la dynamique moléculaire en solvant explicite associée à des calculs de Poisson-Boltzmann. Le premier système étudié est une protéine, la DNase I, qui hydrolyse l'ADN et est un modèle d'interaction protéine/ADN non spécifique. Après avoir identifié cinq sites fixant très fortement des cations divalents, nous avons montré que leur rôle essentiel était d'obtenir une interface protéique électrostatiquement compatible avec l'ADN, très électronégatif. Ces résultats pourraient apporter un nouveau regard sur des résultats cliniques menés sur la Pulmozyme®, une DNase I recombinante utilisée dans le traitement de la mucoviscidose. Nous avons ensuite étudié l'effet des cations divalents sur l'ADN. L'analyse de structures cristallographiques d'ADN nous a permis de caractériser une interaction séquence spécifique entre les cations divalents et le grand sillon de l'ADN. Des dynamiques moléculaires ont ensuite montré que ces ions, très stables en solution, modulent la structure et la dynamique de l'ADN au niveau de tri-nucléotides bien définis. Les cations pourraient jouer un rôle en stabilisant certaines déformations de l'ADN au sein de complexes ADN/protéines, par exemple dans le nucléosome. L'ensemble de ces travaux met donc en évidence l'impact des cations divalents sur le comportement de l'ADN et leur implication dans les mécanismes de reconnaissance protéine/ADN.

  • Titre traduit

    Divalents cations role in DNase I/DNA interaction and effet on structure and dynamic of DNA


  • Résumé

    Cations are essential in many biological processes. Here, we demonstrate their importance through the study of two Systems, using theoretical approaches, i. E. Molecular dynamics in explicit solvent associated to Poisson-Boltzmann calculations. The first studied System is an enzyme, DNase I, which hydrolyzes DNA and is a model of non-specific protein/DNA interaction. Five divalent cation binding sites were first identified on DNase I. We then showed that their essential role is to collectively control the electrostatic fit between DNase I and DNA. These results could provide new insights on clinical results conducted on the Pulmozyme®, a recombinant DNase I used in cystic fibrosis treatment. In the second part of this thesis, we investigated the divalent cation effects on DNA. The analysis of a dataset of crystallographic DNA structures enables to highlight a sequence specific recurrent motif for binding divalent cations in major groove. Then, modeling approaches show that these ions, very stable in solution, modulate the structure and dynamics of DNA at well defined tri-nucleotide steps. Cations could play a role for stabilizing DNA distortions in DNA/protein complexes, such as in the nucleosome. In sum, these studies highlight the impact of divalent cations on the behavior of DNA and their involvement in the mechanisms of protein/DNA recognition.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (155 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 175 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2011) 231
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