Etudes fonctionnelles sur le composant de la voie des piRNA TDRD1

par Nikolaos Mathioudakis

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Stephen Cusack.

Soutenue le 25-09-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec LABORATOIRE EUROPEEN BIOLOGIE MOLECULAIRE (équipe de recherche) et de Laboratoire européen de biologie moléculaire - European Molecular Biology Laboratory (laboratoire) .

Le président du jury était Winfried Weissenhorn.

Le jury était composé de Carlo Petosa.

Les rapporteurs étaient Andres Ramos, Michael Sattler.


  • Résumé

    Les ARN interagissants avec Piwi (ARNpi) sont des petits ARN non-codants qui sont exprimes dans la ligne grrminale des animaux. Ils interagissent avec les proteines de la branche Piwi de la famille des Argonautes en formant des complexes des ribonucleproteines impliques dans le maintien de l'intégrité du génome. La region N-terminale des quelques proteines Piwi contiennent symetriquement des arginines diméthylées. Il est considere que ce status symmetrique de la dimethylation est responsable du recrutement des proteines possédant des domaines Tudor (TDRDs). Ces domaines peuvent avoir un role comme platforme pour medier les interactions entre les proteines de la voie de l'ARNpi. Nous avons mesure indivindiuellemnt l'affinite de liaison des quatres domaines etendus Tudor (TD) de la proteine murine TDRD1 pour les trois differents peptides de la protein murine Mili qui contiennent de la methyl-arginine. Les resultats montrent une preference des TD2 et TD3 pour les peptides consecutives Mili alors que TD4 et TD1 ont une affinite plus bas et plus faible respectivement pour tous les peptides. Ces observations ont ete confirmees par des experiences pull-down en utilisant des proteines Piwi endogenes et des proteines-interagissent avec Piwi. L'affinite de TD1 pour les peptides qui contiennent de la methyl-arginine peut etre restoree par une seul mutation ponctuelle dans la cage aromatique pour revenir a la sequence consensus. La structure de cristal de la proteine TD3 lie au peptide methyle Mili montre une orientation inattendue de la peptide de liaison et de la chaine latérale de l'arginine methyle dans la cage aromatique. Finalement, le model SAXS des quatres domains tandem Tudor de TDRD1 revele une forme de la proteine flexible et elongee. Globalement, les resultats montrent que la proteine TDRD1 peut accommoder des differents peptides des differentes proteines et ainsi de fonctionner comme une protéine d'échafaudage dans la voie de l'ARNpi. La proteine FKBP6 (FK506 Binding Protein) a ete recemment identifiee comme un nouvel facteur interagissent dans la voie de l'ARNpi. FKBP6 est constituee d'une domaine d'isomerase FK et une domaine de tetratricopeptide (TPR). Une perte de la Fkbp6 conduit a la de –repression des transposons et a la sterilite masculine des souris. Le domaine TPR est implique dans l'interaction avec la proteine chaperone Hsp90 et le domaine FK est une isomerase inactive qui a ete evolue a une module structurale. En effectuant des exepriences biochimiques preliminaires nous avons identifie la region N-terminal du domaine MYND de TDRD1 comme le partenaire d'interaction du domaine FK de la FKBP6. Nous proposons que la proteine TDRD1 est une plateforme moleculaire qui reconnait des marques de methylation de MILI et elle recrute FKB6 pour promouvoir la formation d'un complexe indispensable pour la fonction de la voie de l'ARNpi.

  • Titre traduit

    Structural and functional studies on the piRNA pathway component TDRD1


  • Résumé

    Piwi-interacting RNAs (piRNAs) are small non-coding RNAs expressed in the germ line of animals. They associate with Argonaute proteins of the PIWI subfamily, forming ribonucleoprotein complexes that are involved in maintaining genome integrity. The N-terminal region of some PIWI proteins contains symmetrically dimethylated arginines. This symmetrical dimethylation is thought to be responsible for the recruitment of Tudor domain-containing proteins (TDRDs), which might serve as platforms mediating interactions between various proteins in the piRNA pathway. We measured the binding affinity of the four individual extended Tudor domains (TDs) of murine TDRD1 protein for three different methyl-arginine containing peptides from murine PIWI protein Mili. The results show a preference of TD2 and TD3 for consecutive Mili peptides whereas TD4 and TD1 have respectively lower and very weak affinity for any peptide. These observations were confirmed by pull-down experiments with endogenous PIWI and PIWI-associated proteins. The affinity of TD1 for methyl-arginine peptides can be restored by a single point mutation in the aromatic cage back to the consensus sequence. The crystal structure of TD3 bound to a methylated Mili peptide shows an unexpected, non-canonical orientation of the bound peptide and of the methylated arginine side-chain in the aromatic cage. Finally, the SAXS model of the four tandem Tudor domains of TDRD1 reveals a flexible, elongated shape of the protein. Overall the results show that TDRD1 can accommodate different peptides from different proteins and therefore act as a scaffold protein in the piRNA pathway. FK506-binding protein 6 (FKBP6) was recently identified as a novel piRNA pathway associated factor. It is comprised of an isomerase FK domain and a tetratricopeptide domain (TPR) and loss of Fkbp6 results in transposons de-repression and male sterility in mouse. The TPR domain is implicated in interaction with the chaperone Hsp90 and the FK domain is an inactive isomerase that has evolved into a structural module. We performed preliminary biochemical experiments that identify the N-terminal MYND domain of TDRD1 as the interaction partner of the FK domain of FKBP6. Overall, we propose that TDRD1 protein is a molecular platform that recognizes multiple methylation marks of Mili and recruits FKBP6 for the promotion of a complex formation indispensable for the proper function of the piRNA pathway.


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