Structural studies on threonyl and glycyl tRNA synthetases

• Auteur / Autrice : Alfredo Torres Larios
• Direction : Dino Moras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallographie

Aminoacyl-ARNt synthétases

Régulation génétique

Interactions ARN-protéine

Résumé

L'analyse des différent états complexés de la ThrRS montre que la fixation de l'acide aminé déclenche un mouvement coordonné de la chaîne principale correspondant à 50 acides aminés. La fixation de l'ATP implique un mouvement important de la chaîne principale de l'autre côté du site catalytique et la rupture d'un pont salin. La boucle du motif 2, essentielle pour la première étape de la réaction, est également concernée. La fixation de l'ARNt requiert l'adaptation des régions déjà impliquées dans la fixation des petits substrats ainsi que d'une boucle qui vient stabiliser la conformation du complexe actif. La structure de la région N-terminale de la ThrRS de E. Coli a permis de localiser le site de fixation de la sérine dans le site de correction des erreurs d'aminoacylation de l'ARNt spécifique de la thréonine par la sérine, mais son orientation exacte reste ambigüe, ce qui suggère le faible affinité du site. Dans la structure cristalline à 2. 8 ? de résolution de la ThrRS de S. Aureus, ce domaine contiendrait un ion métal. La ThrRS de E. Coli réprime sa propre traduction en se fixant à un opérateur situé en amont du codon d'initiation. La structure du complexe entre le cœur catalytique de la ThrRS et le domaine essentiel de l'opérateur montre que le mode de reconnaissance de la boucle de l'anticodon de l'ARNt a été utilisé par le mRNA pour initier la fixation par l'enzyme. La position finale de l'opérateur repose sur un motif caractéristique du RNA, qui s'est adapté à la surface de l'enzyme pour générer un mécanisme de contrôle basé sur l'empêchement par gêne stérique de la fixation du ribosome. La structure de la sous-unité a de la GlyRS (tétramérique) d'E. Coli montre que cette protéine consiste en une partie importante du cœur catalytique d'une aminoacyl-ARNt synthétase de classe II. Les motifs 1 et 2, qui n'étaient pas mis en évidence par l'alignement de séquences, y sont clairement présents. La structure se distingue de celle des autres enzymes de classe II par la présence de trois hélices situées au-dessus du feuillet ß antiparallèle canonique. La structure quaternaire de cette enzyme serait a2ß2, à la différence du cas (aß)2 représenté par la phénylalanyl-ARNt synthétase.

The analysis of different complexed states on the system of ThrRS shows that the binding of the amino acid promotes a movement in the Ca position of 50 amino acids in one side of the catalytic domain. The binding of ATP triggers a movement in the Ca position of a salt bridge-locked region that is part of the core b-sheet cradling the small substrates. Two other small regions that surround the catalytic site move due to the small substrate binding in a cooperative way. The tRNA interacts with all four of these loops and several residues initially bound to threonine or ATP switch to a position in which they can contact the tRNA. The crystal structures of S. Aureus ThrRS and of the N-terminal region of E. Coli ThrRS show the presence of one metal ion and of a putative serine in the editing site, respectively. The role of the metal ion and the exact orientation of the amino acid could not be determined unambiguously, suggesting the low affinity of the sites. E. Coli ThrRS represses its own translation by binding to an operator located upstream of the initiation codon. The crystal structure of the complex between the core of ThrRS and the essential domain of the operator shows that the recognition mode of the tRNA anticodon loop has been utilized by the mRNA to initiate the binding. The final position of the operator, upon which the control mechanism is based, relies on a characteristic RNA motif adapted to the enzyme surface. The crystal structure of the a-subunit of E. Coli GlyRS shows that this protein forms most of the canonic catalytic core of the class II tRNA synthetases. This subunit shows unambiguously the presence of motif 1 and 2, difficult to infer at the sequence level. The structure differs from the core of other class II aaRS by the presence of three helices covering 80 residues of the C-terminal region and situated on top of the antiparallel b strand. The quaternary structure of this enzyme would be a2b2, in contrast with the (ab)2 case presented in PheRS.