Flexibilités et hétérogéneités structurelles de biomolécules impliquées dans la transcription inverse du virus de l'immunodéficience humaine

par Thomas Gelot

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Stefan Haacke et de Ludger Woeste.

Soutenue le 22-10-2012

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Yves Mely.

Les rapporteurs étaient Dimitri Markovitsi, Jean-Pierre Wolf.


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de sonder la flexibilité de NCp7 et de Δ(-)PBS, deux bio-molécules impliquées dans le second saut de brin de la transcription inverse du VIH. Deux stratégies expérimentales ont été mises en place. Un nouveau montage de spectroscopie ultra-rapide de fluorescence par down-conversion a été construit. Les dynamiques de quenching de la 2-aminopurine (2Ap), insérée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS ont pu être entièrement résolues à une résolution sub-ps. Pour chaque position, 4 temps de vie ont été révélés. Des mesures d'anisotropie confirment que les deux composantes < 5 ps sont liées à un empilement de la 2Ap avec les Guanines avoisinantes. Cet empilement est site-spécifique, prouvé par l'augmentation significative de leurs amplitudes lorsque la 2Ap est située près de la tige (position 10). La faible proportion de conformations reliées à un quenching collisionnel est significative de la faible exposition des 2Ap au solvant et de l'encombrement général de la boucle. La seconde approche avait pour but d'étudier l'effet du repliement du squelette protéique de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc par CID et par LID. Les spectres CID de la protéine nue sont expliqués par le modèle du proton mobile et une description détaillée d'un schéma de fragmentation spécifique autour du Tryptophane (Trp) a été soulignée, attribué une Lysine voisine. Un seul fragment issu de l'excitation à 266 nm a été identifié, son apparition entre en compétition avec les fragments CID du Trp. L'effet général du repliement autour du Zinc se traduit par une augmentation du taux de fragmentation autour du Trp et par une perte de spécificité pour le reste du spectre.Les flexibilités de Δ(-)PBS et NCp7 ont été respectivement évaluées par spectroscopie ultra-rapide de type down-conversion et par spectrométrie en phase gazeuse. La première méthode nécessite l'utilisation d'une sonde fluorescente non invasive, la 2-aminopurine (2Ap), placée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS. Notre résolution temporelle permet de résoudre entièrement les dynamiques locales de quenching et d'anisotropie de la 2Ap. Les composantes liées au quenching statique et quenching collisionnel ont été discriminées et révèlent les degrés d'empilement / encombrement locaux de la boucle. L'effet du repliement de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc a été étudié par CID et par LID à 266 nm. La protéine nue présente un interessant shéma de fragmentation autour du Tryptophane (Trp), exalté par la complexation avec le zinc, au prix une perte de spécificité pour le reste du spectre. Un seul fragment LID a été identifié, un mécanisme de sa formation est proposé.

  • Titre traduit

    Flexibility and structural heterogeneity of biomolecules involved in the reverse transcription of the human immunodeficiency virus


  • Résumé

    This thesis aims to probe the flexibility of NCp7 and Δ(-)PBS, two biomolecules involved in the second strand transfer of the HIV's reverse transcription. We brought to the front two original experimental methods. A new ultrafast fluorescence down-conversion setup has been built, suitable for biological chromophore investigations. The quenching dynamics of 2-aminopurine (2Ap), site-mutated at the positions 6, 8 and 10 of Δ(-)PBS loop, were completely resolved under a ps scale. For each location, 4 decay times, were highlighted. Further anisotropy measurements confirmed that the two < 5 ps components correspond to stacking interactions of 2Ap with neighbouring Guanines. The site-specific aspect of the stacking were supported by a significant increase of their relative amplitudes when 2Ap were cloesly located to the stem (position 10). The minor portion of conformations involved with ps to ns collisional quenching suggests a low exposure of 2Ap towards the solvent as well as a general restriction of the loop. The second method planned to investigate the effet of the zinc-folding on [35-50] NCp7's peptidic backbone, thanks to CID and LID. The CID-generated spectra of the bare peptide were explained by the mobile proton model, and an exhaustive tryptophan (Trp) fragmentation pattern was described, mainly due to a neighbouring Lysin effects. Only one LID-fragment has been identified upon 266 nm excitation, probably created through a pathway competing with the generation of Trp fragments by CID. The main aspects related to zinc-folding are a general enhancement of the fragmentation ratios related to Trp and a loss of specificity for the remaining mass spectra parts.Δ(-)PBS et NCp7 has been respectively investigated by ultrafast down-conversion spectroscopy and gas-phase spectrometry. The first method implies the use of a non invasive fluorescent probe, named 2 aminopurine (2Ap), site mutated in position 6, 8 et 10 of the Δ(-)PBS loop. Our time resolution allows to fully depict the local quenching dynamics and anisotropy decays. The component related to static and collisional has been solved, thus describing different stacking degrees as well as local restrictions. The effect of [35-50] NCp7 folding around its zinc atom has been studied by CID and 266 nm LID. The bare protein displays an interesting fragmentation pathway around its Tryptophan (Trp), enhanced with zinc complexation, at the cost of a loss of specificity for the remaining mass spectra parts. Only one LID fragment has been identified, its occurence has been interpreted.


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