Architecture moléculaire et dynamique de protéines histone-like de bactérie et d’archée
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Abstract EN:
HU is an essential bacterial protein that is involved in many functions related to DNA. It is present as three dimers in E.coli (two homodimers and one heterodimer). If the two homodimers are mixed in vitro, they exchange their chains to spontaneously form the heterodimer. My work was to characterize, structurally and kinetically, this exchange mechanism that can be described as a second order reaction of three successive steps : from a native conformation of each homodimer into an intermediate homodimer conformation (partially unfolded and dissociated), followed by the formation of a transient tetramer (limiting step) which finally dissociates into two heterodimers. The key residues allowing the protein to switch from the native to the intermediate state has been determined. Whereas, there are buried in the native conformation, they are forming a hydrophobic patch at the surface of the intermediate one. This patch could mediate the association of the intermediate conformation in order to form the tetramer.MC1 participates in the genome organization of several archaea and in DNA transcription and cellular division through unknown mechanisms. We discuss the solution structure of a complex formed by MC1 with a strongly distorted 15 base pairs DNA. While the protein just needs to adapt slightly its conformation, the DNA undergoes a dramatic curvature and an impressive torsion. Such a V-turn conformation of the complex lead us to propose a new binding mode for the protein as a wrapper and a structural model of MC1 with a longer DNA. XR diffraction and SAXS experiments were then carried out on this new complex. Unfortunately, the structure could not be solved due to the lack of diffraction data and the SAXS data invalidated the model. These results confirm that MC1 is an atypical protein, which stabilizes multiple V-turn conformations of the DNA in a flexible and dynamic manner.
Abstract FR:
HU est une protéine bactérienne qui est impliquée dans de nombreuses fonctions liées à l'ADN. Elle est présente sous forme de trois dimères chez E. coli (deux homodimères et un hétérodimère). Lorsque les deux homodimères sont mélangés in vitro, ils échangent leurs chaînes pour former l'hétérodimère. Mon travail a consisté à caractériser, structuralement et cinétiquement, ce mécanisme d'échange qui peut être décrit comme une réaction d’ordre 2 se déroulant en 3 étapes : d'une conformation native (N2) de chaque homodimère à une conformation intermédiaire (I2, partiellement dissociée et déstructurée), puis la formation d'un tétramère transitoire (étape limitante) qui se dissocie finalement en deux hétérodimères. Les résidus considérés comme étant les déterminants structuraux permettant la transition entre N2 et I2 ont pu être déterminés. Ces résidus, enfouis dans N2, forment un patch hydrophobe sur la surface de I2. Ce patch peut être impliqué dans la reconnaissance des chaînes de HU et permettrait la formation du tétramère. MC1 participe à l'organisation du génome de plusieurs archées, à la transcription de l'ADN et à la division cellulaire par des mécanismes inconnus. Nous présentons la structure d'un complexe formé par MC1 avec un ADN de 15 paires de bases. Alors que la protéine a besoin d'adapter sa conformation légèrement, l'ADN subit une courbure dramatique et une torsion impressionnante. Une telle conformation en V du complexe et un modèle structural de MC1 avec un ADN plus long nous ont amené à proposer un nouveau mode de liaison de la protéine en tant qu’« enrouleur ». Des expériences de diffraction RX et de SAXS ont été réalisées sur ce complexe. Malheureusement, la structure n'a pas pu être résolue en raison du manque de données de diffraction et les données SAXS ont invalidé le modèle. Ces résultats confirment que MC1 est une protéine atypique, qui stabilise de multiples conformations en V de l'ADN de manière flexible et dynamique.