Rôle des protéines Chaperonnes dans la Biogénèse des Ribosomes d' Escherichia coli

par Abdalla Al Refaii

Thèse de doctorat en Structure, fonction et ingéniérie des protéines

Sous la direction de Jean-Hervé Alix.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .

mots clés

• Escherichia coli -- génétique
• Protéines du choc thermique HSP70
• Protéines Escherichia coli
• ARN ribosomique
• Ribosomes

Résumé

La protéine chaperonne DnaK (= HSP70) d'Escherichia coli figure en bonne place parmi les facteurs extra-ribosomiques intervenant, avec l'aide de ses deux co-chaperonnes DnaJ et GrpEfdans la biogénèse des sous-unités 308 et 508. En l'absence de DnaK ou DnaJ, les étapes finales de l'assemblage des ribosomes (particules précurseurs 21S￫ 30S et 32S ￫ 45S￫ 50S) sont ralenties, à la température normale (30°C - 37°C). A haute température (44°C), elles sont carrément bloquées, et les particules 21 S, 32S et 45S s'accumulent. Il s'agit là de réels précurseurs, qui peuvent être convertis en sous-unités 308 et 508 actives : la chaperonne DnaK n'est donc pas strictement nécessaire à la biogénèse des ribosomes, mais l'accélère considérablement. Les particules 218 contiennent un ARN ribosomique (ARNr) précurseur 163 non mature (contenant des extra-séquences aux deux bouts 3' et 5'), ou mature seulement du coté 5', mais jamais du coté 3'. Ce qui démontre que la maturation de l'ARNr 168 durant l'assemblage de la sous-unité 303 est séquentielle, démarrant à l'extrémité 5', et ne s'intéressant à l'extrémité 3' qu'à un stade ultérieur. L'autre grande famille de protéines de choc thermique, celle des chaperonines GroEL et GroES, intervient aussi dans la biogénèse des ribosomes, puisqu' une carence en DnaK peut être en partie compensée par une surexpression de GroEL/GroES, ce qui suggère l'implication d'un réseau de chaperonnes dans la biogénèse des ribosomes. Plutôt qu'un rôle direct de DnaK sur tel ou tel constituant (ARNr ou protéine), il est possible que DnaK exerce un effet thermo-protecteur sur un facteur, naturellement thermosensible, d'assemblage du ribosome. Il en résulterait un couplage, clairement visible à haute température, entre le contrôle post-traductionnel de la qualité des protéines, une des principales fonctions exercées par DnaK, et la biogénèse des ribosomes.

Titre traduit

Role of bacterial chaperones in ribosomes biogenesis.

Résumé

In E. Coli strains carrying null mutations in either the dnaK or dnaJ genes, the late stages of 30S and 50S ribosomal subunit biogenesis are slowed down in a temperature-dependent manner. At high temperature (44°C), 32S and 458 particles (precursors to 50S subunits) and 21S particles (precursors to 303 subunits) accumulate. The latter are shown by 3'5'RACE analysis to contain unprocessed or partially processed 163 rRNA at the 5' end, but the 3' end was never processed. This implies that maturation of 163 rRNA starts at the 5'- terminus, and that the 3'-terminus is only trimmed at a later step. At normal temperatures (30°C-37°C), ribosome assembly in both mutants is not arrested but is significantly delayed, as shown by pulse-chase analysis. Assembly defects are partially compensated by an overexpression of other HSPs, which occurs in the absence of their negative regulator DnaK, or by a plasmid-driven overexpression of GroES/GroEL, suggesting the involvement of a network of chaperones in ribosome biogenesis.