THÈSE Mélanie MEYER CONTRIBUTIONS TO THE STUDY OF THE

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Text of THÈSE Mélanie MEYER CONTRIBUTIONS TO THE STUDY OF THE

  • Ecole Doctorale des Sciences de la Vie et de la Sant

    THSE prsente par :

    Mlanie MEYER

    pour obtenir le grade de : Docteur de luniversit de Strasbourg

    Discipline : Sciences du Vivant Spcialit : Biochimie, Biologie Molculaire et Structurale

    CONTRIBUTIONS TO THE STUDY OF THE ARCHITECTURE AND EVOLUTION

    OF RIBOZYMES

    Soutenue le 13 Septembre 2013 devant la commission dexamen :

    Dr. MASQUIDA Benot Directeur de thse Pr. THORE Stephane Rapporteur externe Dr YOSHIZAWA Satoko Rapporteur externe Pr CAVARELLI Jean Examinateur Dr. SARGUEIL Bruno Examinateur Pr. WESTHOF Eric Examinateur

    UNIVERSIT DE STRASBOURG

  • First and foremost, I want to thank all the members of my jury, Satoko Yoshizawa, Stphane Thore, Bruno Sargueil, Jean Cavarelli and Eric Westhof, who agreed to judge my thesis. Tout dabord je souhaite remercier les membres de mon jury, Satoko Yoshizawa, Stphane Thore, Bruno Sargueil, Jean Cavarelli et Eric Westhof, qui ont accept de juger mes travaux de thse. Mes sincres remerciements sont naturellement adresss Benot Masquida, mon directeur de thse, qui a su en trois annes me transmettre son intrt pour la recherche, son exprience du microcosme de la science et bien sur ses connaissances en cristallographie et analyse des structures tridimensionnelles dARN. Mes meilleurs souvenirs seront sans aucun doute nos expditions aux synchrotrons. Merci beaucoup ! Je tiens remercier Eric Westhof pour mavoir accueilli au sein de son quipe et nous avoir permis de poursuivre le projet du Lariat-Capping ribozyme mais aussi pour mavoir permis de participer deux ditions du RNA meeting. Je remercie galement Ivan Tarassov et Nina Entelis qui nous ont trs chaleureusement accueilli et trs vite intgr la vie de leur laboratoire au sein duquel jai rafrachi mes connaissances sur la mitochondrie et je me suis initie au russe. Merci Hubert Becker, pour ses conseils aviss avant et pendant ma thse mais aussi pour les pauses caf ! Merci toute son quipe pour les discussions enrichissantes que nous avons partags et tous les ptits coups de pouces logistiques. Merci Catherine Florentz qui su me guider au moment de choisir ma thse et ma motive pour prendre part la vie de lcole doctorale des sciences de la vie et de la sant. Cette exprience a t trs enrichissante. Merci Laurence Drouard et Michel Labouesse pour mavoir offert la possibilit de participer la mission de diffusion de linformation scientifique et technique OpenLAB deux annes conscutives. Merci Joern Ptz de mavoir permis de faire un monitorat en Biochimie. Merci aux Openlabistes et moniteurs qui ont rendus ces deux expriences formidables. Merci Vincent Olieric pour les nombreux crneaux sur la ligne PXIII au SLS durant lesquels ils nous a accompagns et a partag son savoir. Merci Pierre Roblin pour son accompagnement et son expertise lors des expriences de SAXS sur la ligne SWING de SOLEIL. Merci Claude Sauter, Pierre Legrand, Andrew Thompson, Alastair McEwen, Pierre Poussin-Courmontagne et Jean Cavarelli. Tous ont contribu aux rsultats prsents dans cette thse. Merci Stphane Bellemin-Laponaz pour la synthse et le dont diridium hexamine ainsi qu Marat Yusupov pour losmium hexamine quil nous a offert. Merci notre collaborateur, Henrik Nielsen, qui travaille depuis le dbut sur le projet du Lariat-Capping ribozyme et qui a produit les donnes de mutagnse voques dans ce manuscrit. Merci aussi Steinar Johansen qui, le premier, a observ le Lariat-Capping ribozyme.

  • Merci Pascale Legault qui a encadr mon stage de Master 2 luniversit de Montral lors duquel je me suis initie aux techniques de production et de purification dARN grande chelle et ai appris les rudiments de la RMN. A lIBMC je souhaite remercier toutes les personnes que jai ctoyes et avec qui jai travailles pendant ces trois annes. Merci pour vos conseils, vos coups de main, votre soutien. Merci Laure et Delphine pour leur aide technique. A lIPCB je souhaite remercier toutes les personnes du 4me tage pour les moments de dtente et de convivialit que vous avez organis. Merci aussi pour votre aide lors du dmnagement. Je nai pass que quelques mois avec vous mais jen garderai un trs bon souvenir. Un grand merci mes collgues doctorants avec qui jai partag les hauts et les bas des manips, les congrs, les pique-niques, la rdaction Je souhaite remercier mes amis, Anne, Benot, Ccile, Delphine, Emilie, Franzi, Gilles, Ludovic, Marie, Morgan, Vincent vous avez tous, chacun votre manire contribus au bon droulement de cette thse. Enfin, vous arrivez en dernier, mais nous ntes pas les moins important, merci tous les membres de ma famille. Plus particulirement mes parents qui mont soutenus tout au long de ses dix annes dtudes suprieures et mont permis de partir Leeds et Montral ! Merci toi Anne-Laure ma petite sur pour tous les moments de complicit que nous partageons. Merci toi Alexandre qui contribue quotidiennement mon panouissement. Jespre navoir oubli personne et si tel nest pas le cas alors veuillez men excusez, mon tourderie est a blmer.

  • TABLE DES MATIERE ABBREVIATIONS...............................................................................................................................................1I. INTRODUCTION......................................................................................................................................3A. RIBOZYMESINTHERNAWORLD.........................................................................................................................41. LariatCappingribozymes..................................................................................................................................6

    a) Thelariatcappingribozymesintwinribozymeintrons................................................................................................6b) Processingpathwaysoftwinribozymeintrons...............................................................................................................10c) Secondarystructuresoflariatcappingribozymes..........................................................................................................13

    2. GroupIintrons.......................................................................................................................................................17a) GroupIintronssecondarystructure....................................................................................................................................21b) GroupIintronsthreedimensionalstructure...................................................................................................................23c) GroupIintronsandthelariatcappingribozymes...........................................................................................................27

    3. GroupIIintrons......................................................................................................................................................28a) GroupIIintronssecondarystructure..................................................................................................................................29b) GroupIIintronsthreedimensionalstructure.................................................................................................................30c) GroupIIintronsandthelariatcappingribozymes.........................................................................................................31

    4. RibonucleaseP.......................................................................................................................................................31a) RNasePssecondarystructure.................................................................................................................................................32b) RNasePsthreedimentionalstructure................................................................................................................................34

    5. Smallribozymes.....................................................................................................................................................35a) Biologicalrolesofsmallribozymes........................................................................................................................................37b) Smallribozymesandthelariatcappingribozymes........................................................................................................37

    B. CHEMICALREACTIONSCATALYSEDBYRIBOZYMES.........................................................................................381. Transesterification...............................................................................................................................................40

    a) Branchingreaction........................................................................................................................................................................40b) Nucleotidyltransfer......................................................................................................................................................................43c) Transesterification2O...............................................................................................................................................................45

    2. Hydrolysis.................................................................................................................................................................46II. MATERIALANDMETHODS................................................................................................................49A. CRYSTALLIZATIONOFTHELARIATCAPPINGRIBOZYME................................................................................491. Constructdesign.......................................................................