Etude biochimique et structurale de deux complexes macromoléculaires à AAA+ ATPases : le protéasome 26S et le réplisome. Mode d’assemblage de la sous-unité Rpt1 du protéasome 26S et rôle secondaire de la sous-unité Mcm2 du réplisome dans le transfert intergénérationnel des histones

par Nicolas Richet-Tuillière

Thèse de doctorat en Biologie structurale

Sous la direction de Françoise Ochsenbein.

Soutenue le 03-03-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Biologie Structurale et Radiobiologie (laboratoire) .

Le jury était composé de Olivier Lequin, Pierre Legrand, Olivier Coux, Christophe Romier.


  • Résumé

    Les protéines de la famille des AAA+ ATPases sont présentes dans de nombreux complexes moléculaires. Ces protéines sont capables de s’assembler en anneaux héxamériques (homomères ou hétéromères) pour former des moteurs moléculaires. Au cours de ma thèse, je me suis particulièrement intéressé à deux complexes macromoléculaires à AAA+ ATPases présentant un grand intérêt thérapeutique contre différents cancers : la particule régulatrice du protéasome 26S et l’hélicase du réplisome, Mcm2-7. Le protéasome 26S est la principale machinerie moléculaire impliquée dans la dégradation régulée des protéines poly-ubiquitinées tandis que l’hélicase mcm 2-7 est responsable du désappariement des brins de l’ADN chromosomique lors de la réplication de l’ADN. Ces deux complexes comprennent un anneau hétérohéxamérique de sous-unités AAA+ ATPases appelé Rpt1 à Rpt6 dans le cas du protéasome 26S et Mcm2 à Mcm7 dans le cas de l’hélicase mcm2-7. J’ai focalisé mes travaux sur l’étude du rôle du chaperon Hsm3/S5b dans l’assemblage du protéasome 26S d’une part, et le rôle spécifique de la sous-unité Mcm2 dans le transfert intergénérationnel des histones d’autre part. Le chaperon Hsm3/S5b se lie avec la sous-unité Rpt1. L’étude des complexes de levure Hsm3-Rpt1 et humain S5b-Rpt1 par cristallographie aux rayons X m’a permis de proposer que le chaperon d’Hsm3/S5b pourrait jouer un rôle de médiateur entre les sous-unités Rpt1, Rpt2 et Rpn1 lors de l’assemblage de la particule régulatrice. De plus, ce chaperon pourrait jouer également un rôle d’inhibiteur pour l’assemblage entre la particule régulatrice 19S et la particule cœur 20S du protéasome 26S. Certaines sous-unités AAA+ ATPase, telles que celles du réplisome, possèdent des domaines additionnels, leur conférant un rôle secondaire spécifique et indépendant de leur rôle principal de moteur moléculaire. C’est le cas de Mcm2, qui lie les histones H3-H4 par son domaine N-terminal. J’ai mis en évidence et caractériser cette interaction par différentes techniques biophysiques, en particulier la cristallographie aux rayons X, la RMN et le SEC-MALS. Ces résultats m’ont permis de proposer un modèle pour le transfert intergénérationnel des histones dans lequel Mcm2 joue un rôle crucial de chaperon moléculaire des histones directement intégré dans la machinerie de réplication.

  • Titre traduit

    Biochemical and structural study of two macromolecular complexes composed of AAA+ ATPases : the 26S proteasome and the replisome


  • Résumé

    AAA+ ATPases are involved in numerous molecular complexes. These proteins form homomeric or heteromeric hexamers and constitute molecular motors. During my Ph. D., I focused my work on two macromolecular complexes composed of AAA+ ATPases: the 26S proteasome regulatory particle and the Mcm2-7 helicase of the replisome. These complexes are implicated in the development of cancers and constitute interesting therapeutic targets. The 26S proteasome is the main machinery responsible for the regulated degradation of poly-ubiquitinated proteins and the helicase Mcm2-7 is responsible for the unwinding of the DNA during replication. These two complexes are composed of a heterohexameric ring of six AAA+ ATPases called Rpt1 to 6 for the 26S proteasome regulatory particle and Mcm2 to 7 for the replisome. I have studied the role of Hsm3/S5b in the assembly mechanism of the proteasome and the specific role of the subunit Mcm2 in the intergenerational transfer of the epigenetic information. X-ray structures of the complexes Hsm3-Rpt1 and S5b-Rpt1 allowed us to elucidate the dual functions of the assembly chaperone Hsm3/S5b which mediates the assembly of the subcomplex Rpt1-Rpt2-Rpn1 during the assembly of the regulatory particle. In addition, hsm3/S5b inhibits the association of a premature regulatory particle onto the core particle and protects the HbYX motif of Rpt1. Other AAA+ ATPases, like the replisome subunits, possess additional domains which confer specific roles. I also studied the interaction between the N-terminal domain of Mcm2 and the tetrameric form of histones H3-H4 by several methods like X-ray crystallography, NMR and SEC-MALS. I propose a model of the intergenerational transfer of histones H3-H4 in which Mcm2 plays a crucial role of molecular histones chaperone directly integrated in the replication machinery.


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