École doctorale sciences de la vie et de la santé

UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR
STRASBOURG I

École doctorale sciences de la vie et de la santé




THÈSE


Présentée pour l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE LOUIS PASTEUR
Discipline : Science du vivant
Domaine : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie



Par

ÉLODIE TOUZÉ



CRISTALLOGENÈSE ET ÉTUDES STRUCTURALES
APPLIQUÉES AUX AMINOACYL-ARNt SYNTHÉTASES


Soutenue le 16 novembre 2007 devant la commission d’examen :

Pr Y. MECHULAM Rapporteur externe
Pr A. DUCRUIX Rapporteur externe H.D. BECKER Membre invité
Dr J.P. RENAUD Rapporteur interne
Pr E. WESTHOF Examinateur
Dr R. GIEGÉ Directeur de thèse


Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire
UPR 9002 du CNRS : Architecture et Réactivité de l’ARN
ABREVIATIONS..................................................................................................................5
- INTRODUCTION -.............................................................................................................7
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................8
I. Vue d'ensemble des fonctions et structures des aaRS.......................................................................................... 9
A. La réaction d'aminoacylation des ARNt............................................................................................................... 9
B. Similarités et divergences des aaRSs.................................................................................................................. 10
1. Le classement des aaRS en 2 familles ........................................................................................................... 10
a. Les aaRS de classe I........................................................................................................... 10
b. de classe II ................................................................................................................................ 11
2. Quelques exceptions à la règle ...................................................................................................................... 13
C. Vision structurale de la fonction et de l’évolution des aaRS.............................................................................. 14
1. Site catalytique et spécificité pour l’acide aminé........................................................................................... 14
2. Compréhension structurale et correction d'erreur.......................................................................................... 17
3. Reconnaissance de l'ARNt et rôle des éléments d'identité............................................................................. 18
4. La nécessité d'erreurs..................................................................................................................................... 20
5. Divergences et similarités des synthétases : notion de modularité ................................................................ 22
6. Les complexes multisynthétasiques............................................................................................................... 24
D Apparition de fonctions nouvelles et évolution....................................................................................................... 26
1. Les multiples fonctions des synthétases ........................................................................................................ 26
2. Les paralogues ............................................................................................................................................... 28
II. Cristallogenèse et importance des aaRS pour la biologie structurale................................................................... 29
A. Aspects généraux : croissance des cristaux de macromolécules ........................................................................ 29
1. La cristallisation ............................................................................................................................................ 29
2. Caractéristiques spécifiques des macromolécules ......................................................................................... 29
3. Méthodes de cristallisation et cristallogenèse................................................................................................ 31
4. Qualité des produits....................................................................................................................................... 31
5. Recherche de conditions................................................................................................................................ 32
6. Les modèles utilisés en cristallogenèse ......................................................................................................... 33
B. Importance des aaRS en cristallogenèse et en biologie structurale .................................................................... 34
1. Les aaRS dans l’histoire de la cristallisation des macromolécules biologiques............................................. 34
2. Modèles en ingénierie.................................................................................................................................... 35
C. Vision globale de la cristallographie des aaRS et contribution à leur connaissance générale ............................ 36
1. Compilation des résultats............................................................................................................................... 41
2. Quelques leçons tirées des données structurales des aaRS ............................................................................ 46
III. Ma contribution à l’étude des aminoacyl-ARNt synthétases.49
- RÉSULTATS ET DISCUSSION - ....................................................................................51
I. Préambule.............................................................................................................................................................. 52
A. Originalités de la GlnRS de Deinococcus radiodurans...................................................................................... 52
B. La GlnRS : une aaRS chimère issue de deux voies d’aminoacylation de l'ARNt ............................................. 52
1. Structure primaire.......................................................................................................................................... 52
2. Cœur de la GlnRS-Dr.................................................................................................................................... 53
C. Rôle de l’extrémité C-terminale et implications du domaine YqeY........................................................................ 55
1. Extrémité C-terminale, indispensable à la réaction d’aminoacylation........................................................... 55
2.YqeY : un 'module' libre ou lié ............................................................................................................................ 55
D. Particularité de l’empilement cristallin de la GlnRS ou la cristallisabilité d’une enzyme désordonnée............. 56
DISORDER CAN EXIST INSIDE WELL-DIFFRACTING CRYSTALS – ARTICLE 1…….59


- 1 -
II. Etude cristallographique de la GlnRS de D. radiodurans.................................................................................. 63
A. Les objectifs de l’étude....................................................................................................................................... 63
B. Stratégies de cristallisation................................................................................................................................. 64
1. Recherche de nouvelles conditions de cristallisation..................................................................................... 64
2. Cristallisation en gel ...................................................................................................................................... 66
3. Stabilisation par modification des résidus lysine........................................................................................... 66
4. Données cristallographiques.......................................................................................................................... 68
C. Analyse des nouvelles données structurales............................................................................................................ 70
1. GlnRS-Dr cristallisée en présence d’analogue d’adénylate, QSI .................................................................. 70
Description générale...................................................................................................................................... 70
Site actif de l’enzyme et contacts spécifiques av