Abstract FR:

La première partie de notre travail concerne la duplication de l’aspartyl-ARNt synthétase de Thermus thermophilus. Alors que l’une des deux AspRS, l’AspRS1 de type bactérien exprime l’activité conventionnelle de charge de l’ARNtAsp, la seconde, l’AspRS2 du type archaea est impliquée dans la formation de l’Asn-ARNtAsn. Nous avons contribué à l’analyse des propriétés particulières de cette AspRS à savoir à l’élucidation des bases structurales déterminant sa spécificité relâchée pour les ARNtAsp et ARNtAsn. Nous avons montré qu’à l’inverse de ce qui avait été admis, toutes les AspRS de type archaea ne sont pas de spécificité relâchée; ce qui nous a motivé pour rechercher les bases structurales qui dans d’autres AspRS du même type déterminent la spécificité stricte pour l’ARNtAsp. La comparaison des structures 3D de l’AspRS archaea de Pyrococcus à spécificité stricte et celle de l’AspRS de Thermus à spécificité relâchée, nous a permis de mettre en évidence les bases structurales responsables de cette différence de spécificité. Des études d’autres groupes corroborent nos résultats et ont démontré que les résidus de la boucle L1 sont impliqués également dans la spécificité des AspRS eubactériennes. Toutefois, jusqu’à présent aucun des travaux effectués n’a permis de restreindre de manière convaincante la spécificité relâchée d’une AspRS, indiquant que des éléments autres que la boucle L1 sont impliqués dans la spécificité stricte ou relâchée des AspRS. Dans une deuxième partie, nous avons étudié un paralogue du domaine catalytique de l’aspartyl-ARNt synthétase, présent chez certaines archaea et qui exerce une activité asparagine synthétase de conversion de l’acide aspartique en asparagine. Nous avons établi la structure tridimensionnelle de cette enzyme, à l’état libre et sous forme complexée à ses substrats. La structure 3D de l’asparagine synthétase archaea (AS-AR) présente une forte homologie structurale avec la structure de l’asparagine synthétase eubactérienne (AsnA) mais aussi avec le site catalytique des AspRS. Les résidus impliqués dans la fixation de l’Asp et l’Asn dans l’AS-AR sont identiques à ceux de l’AsnA eubactérienne. Les divergences observées pour les résidus impliqués dans la fixation de l’Asp dans les AspRS peuvent expliquer la différence d’orientation du substrat dans les sites catalytiques des AspRS et des asparagine synthétases. Cette étude structurale couplée à une étude phylogénétique permet de retracer le schéma évolutif des AspRS ancestrales; celles-ci ont non seulement évolué les AspRS et les asparaginyl-ARNt synthétases modernes des trois phylum mais aussi les asparagines synthétases A eubactériennes et archaea. La troisième partie de notre travail porte sur l’étude d’un homologue du site catalytique de la glutamyl-ARNt synthétase présent dans de nombreuses protéobacteries a révélé une fonction jusqu’alors ignorée, l’hypermodification de l’anticodon d’un ARNt. Cette enzyme, renommée Glu-Q-RS, hypermodifie l’anticodon sur la base queuosine en position 34 de l’ARNtAsp. La comparaison de la structure 3D de la Glu-Q-RS avec celle de la glutamyl-ARNt synthétase souligne la grande similarité entre les deux structures mais ne permet pas de comprendre les bases structurales à l’origine de cette différence de fonction. Ce travail de thèse ainsi que d’autres travaux publiés récemment révèlent que la plupart des procaryotes ne possèdent pas un jeu strict de 20 aaRS. L’étude des duplications de gènes d’aaRS ou de modules d’aaRS à l’état libre permet de mettre en évidence des nouvelles fonctions associées aux systèmes d’aminoacylation. Ces travaux dévoilent que de nombreux procaryotes ont exploité les structures modulaires d’aaRS, des protéines ancestrales, afin de créer des enzymes à spécificité plus large ou pour faire apparaître de nouvelles fonctions.