Études structurales et fonctionnelles des acteurs de la dégradation de la coiffe des ARNm chez la levure Saccharomyces cerevisiae.

Structural and functionnal studies of the actors of mRNAs decapping in yeast Saccharomyces cerevisiae.

• Auteur / Autrice : Clément Charenton
• Direction : Marc Graille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 20/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interfaces : matériaux, systèmes, usages (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biochimie (Palaiseau, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Mechulam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Graille, Alice Lebreton, Alain Jacquier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Romier, Domenico Libri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Macromolécules

ARN messagers

Nucléoprotéines

Mots clés libres

Complexes ribonucleoproteiques

Degradations des ARN

Structure complexes macromoleculaires

Ribonucleoproteic complexes

RNA degradation

Macromolecular complexes' structures

Résumé

La régulation fine des mécanismes d’élimination des ARN messagers (ARNm) au sein des cellules contribue au contrôle de l’expression génétique ainsi qu’à l’adaptation rapide des niveaux de transcrits en réponse à divers événements cellulaires ou stimuli externes. Elle intervient ainsi dans différents aspects de la physiologie cellulaire : différentiation, prolifération, homéostasie, inflammation ou encore défense anti-parasitaire. Les ARNm eucaryotes matures sont protégés d’une dégradation incontrôlée par une coiffe et une queue poly(A), à chacune de leurs extrémités. Le premier événement amorçant la dégradation des ARNm est le raccourcissement de la queue poly(A) par le complexe CCR4/Not par un processus appelé déadénylation. Ensuite, la coiffe 5’ est éliminée pendant l’étape de « decapping » qui est considérée comme une étape cruciale, irréversible et extrêmement contrôlée, nécessaire à la dégradation rapide du corps du messager par Xrn1. L’étape de “decapping” est effectuée via le recrutement d’un complexe protéique formé de l’enzyme Dcp2 et de son co-activateur essentiel Dcp1. Cependant, ce complexe n’est que peu actif et nécessite de nombreux co-facteurs pour être pleinement efficace. Ces facteurs comprennent l’anneau LSm1-7 qui reconnaît l’extrémité 3’ des ARNm déadénylés et interagit avec Pat1, une protéine plateforme qui recrute l’hélicase Dhh1 et les protéines activatrices du decapping Edc1-2-3. Tous ces facteurs sont organisés au sein d’un réseau d’interaction complexe et dynamique qui, dans certaines conditions, colocalise dans les P-bodies, des foyers cytoplasmiques impliqués dans la dégradation des ARNm et dans la répression de la traduction.Même si de nombreuses études ont révélé l’importance des interactions protéine/protéine dans le processus de decapping, peu d’informations sont disponibles sur les mécanismes moléculaires du recrutement et d’activation de Dcp2 par ses différents co-facteurs. De même, en raison de l’absence de structure de Dcp2 en complexe avec un ARNm coiffé, les détails moléculaires de la reconnaissance et du clivage de la coiffe sont inconnus. Mon projet de thèse a pour but de répondre à ces questions par l’étude fonctionnelle et structurale des acteurs du decapping, en utilisant les protéines de la levure Saccharomyces cerevisiae comme système modèle, puisque la plupart des acteurs du decapping sont conservés au sein des eucaryotes. Dans ce but, j’ai exprimé par génie génétique et isolé la majorité des facteurs impliqués dans le “decapping” et reconstitué plusieurs sous complexes comprenant Dcp2 et ses différents cofacteurs.

MRNA decay is a highly regulated process allowing cells to rapidly adapt their abundance of transcripts to environmental conditions. Eukaryotic mRNAs are protected from uncontrolled decay by a cap structure (m7GpppX) and a poly(A) tail at their 5’ and 3’ ends, respectively. The first event initiating the 5’ to 3’ degradation pathway is the shortening of the poly(A) tail by the CCR4/Not complex through a process known as deadenylation. Then the 5’ cap is degraded during the decapping step, which is considered as a crucial and irreversible step before rapid degradation of RNAs. Decapping is accomplished by the recruitment of a protein complex formed by the Dcp2 catalytic subunit and its activator Dcp1. However, this complex has a low intrinsic decapping activity and requires several accessory factors to be fully efficient. These include the Lsm1-Lsm7 complex that binds to the 3’ end of deadenylated mRNAs and promotes decapping. This complex binds to Pat1, a scaffolding protein recruiting other accessory proteins such as Dhh1 and Edc1-3 proteins (Enhancer of Decapping), which favor decapping. After efficient removal of the cap, Xrn1 (the major cytoplasmic 5’-3’ exonuclease) is recruited and degrades the resulting uncapped RNAs. Interestingly, all these proteins are part of dynamic and multifunctional protein assemblies that, under conditions, localize into cytoplasmic foci known as P-bodies.Although many studies have revealed the importance of these protein/protein interactions, little is known concerning the mechanisms of recruitment and activation of the decapping enzyme by its numerous co-factors. Moreover, in the absence of Dcp2 in complex with a capped RNA, molecular details of cap recognition and cleavage are lacking. My thesis project aims at answering these open questions with the structural and functional studies of the decapping machinery, using yeast Saccharomyces cerevisiae as a model organism, as most of decapping actors are well conserved among eukaryotes. For this purpose, I expressed and purified the majority of the decapping factors and reconstituted several sub-complexes including Dcp2 and its cofactors.