Etudes structurales et fonctionnelles du domaine CTD de l'ADN Gyrase de Mycobacterium tuberculosis

par Amélie Darmon

Thèse de doctorat en [Interfaces de la chimie, de la physique, de l'informatique avec la biologie]

Sous la direction de Claudine Mayer.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .


  • Résumé

    L'ADN gyrase est l'unique topoisomérase de type II présente chez M. Tuberculosis. De ce fait elle constitue l'unique cible des fluoroquinolones dans le traitement de la tuberculose. Il s'agit d'un hétérotétramère d'environ 350 kDa assemblées à partir de deux sous unités (A et B). Chaque sous-unité est constituée de deux domaines structuraux, un domaine de coupure-ligation de l'ADN (DCL) et un domaine CTD, pour la sous-unité A, un domaine ATPase et un domaine TOPRIM pour la sous-unité B. Les fluoroquinolones sont des antibiotiques clefs pour le traitement des tuberculoses à bacilles multirésistant, c'est-à-dire résistant au moins à l'isoniazide et à la rifampicine. Des souches ultrarésistantes (XDR), résistantes au fluoroquinolones et aux aminosides, apparaissent dans le monde, y compris en France où elles représentent 10 % des tuberculoses multiresistantes. Ces souches XDR inquiètent la communauté internationale car elles sont difficiles à traiter et sont à l'origine de 65 à 100 % de décès. A l'heure actuelle plusieurs programmes scientifiques à l'échelle mondiale sont en cours pour tenter d'optimiser l'efficacité des fluoroquinolones dans le traitement de la tuberculose, en particulier dans le but de raccourcir la durée du traitement. Le laboratoire y contribue directement en orientant une partie de ses recherches à la compréhension des mécanismes de résistance aux quinolones chez M. Tuberculosis. Un second axe concerne un aspect plus fondamental et vise à une meilleure compréhension à l'échelle atomique du mode de fonctionnement des topoisomérases de type II en général, mais aussi des spécificités de l'ADN gyrase de M tuberculosis, liées notamment à sa caractéristique de topoisomérase de type II unique dans cet organisme. Dans ce contexte, le projet de thèse à consister à étudier d'un point de vue structural par cristallographie des rayons X et fonctionnel, le domaine CTD de l'ADN gyrase de M. Tuberculosis. Nous avons résolu la structure cristallographique du domaine CTD à une résolution de 1. 4 À. L'analyse de la séquence du domaine CTD a permis de révéler une caractéristique inédite : la présence d'un second motif GyrA-box. Ce second motif GyrA-box est situé d'un point de vue structural au niveau de la pale 5 du repliement de type ,l3-pinwheel. Les études fonctionnelles menées en collaboration avec l'équipe d'Alexandra Aubry (Pitié-Salpêtrière) ont permis de montrer que ce second motif GyrA-box joue un rôle essentiel dans l'activité de décaténation de l'ADN gyrase de M tuberculosis.


  • Résumé

    Mycobacterium tuberculosis possesses only one type IIA DNA topoisomerase, DNA gyrase, in contrast to most other bacteria which also possess DNA topoisomerase IV. It has been shown previously that die unique M tuberculosis type IIA DNA topoisomerase is functionally a hybrid enzyme, exhibiting the classical activity of DNA gyrase for supercoiling, but enhanced relaxation, cleavage and decatenation activities close to those of topoisomerase IV. Functional differences between the two type IIA DNA topoisomerases are thought to be specified by a C-terminal DNA binding domain (CTD) which controls DNA recognition. To explore the molecular mechanism responsible for the hybrid functions of the M. Tuberculosis DNA gyrase, we conducted a series of sequence analyses and structural and biochemical experiments with the isolated GyrA CTD and the holoenzyme. While the CTD displayed a global structure similar to that of bona fide GyrA and ParC paralogs, it harbors a second key motif similar in all respects to that of the GyrA-box. Biochemical assays showed that the canonical GyrA-box is responsible for DNA supercoiling and also relaxation, whereas the second GyrA-box-like motif (GyrA-box-1) is responsible for the enhanced decatenation activity of M. Tuberculosis DNA gyrase. Our results suggest that the mechanistic originality of M tuberculosis DNA gyrase depends largely on the particular DNA path around the CTD which is allowed for by the presence of eyrA-box-1. They reveal how the M tuberculosis DNA gyrase operates in detail, and provide also, through phylogenetic exploration of the entire Corynebacterineae suborder, new and broader insight into the functional stuctural and functional studies of the mycobacterium tuberculosis DNA gyrase C-terminal domain.

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  • Détails : 1 vol. ([238] p.)
  • Annexes : 216 réf.

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  • Cote : TS (2013) 189
  • Bibliothèque : Institut Pasteur (Paris). Centre de Ressources en Information Scientifique (CeRIS) - Bibliothèque.
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