Cette thèse décrit la synthèse de l'asparagine et de la glutamine utilisés pour la biosynthèse des protéines chez Helicobacter pylori. La plupart des acides aminés (aa) sont liés à leur ARNt correspondant par les aminoacyl-ARNt synthétases (aaRS). Ces enzymes sont très spécifiques, et leur fonction est importante pour le décodage correct du code génétique. L'asparaginyl-ARNt synthétase et la glutaminyl-ARNt synthétases (AsnRS et GlnRS) sont l'une ou l'autre, ou les deux absentes de la plupart des bactéries, des archaea, et des organelles. Chez les bactéries et les organelles, des aaRS à double fonction nommées aaRS non-discriminantes (ND) participent avec une aminoacyl-ARNt amidotransférase, la GatCAB, à la formation du glutaminyl-ARNtGln et de l'asparaginyl-ARNtAsn. Les aaRS-ND, soit la glutamyl-ARNt synthétase-ND (ND-GluRS) et l'aspartyl-ARNt synthétase (ND-AspRS), forment l'aminoacyl-ARNt synonyme (Glu avec ARNtGlu) mais lient aussi l'acide aminé à l'ARNt de sa forme amidée (Glu avec ARNtGln). La GatCAB agit ensuite en transamidant le Glu-ARNtGln et l'Asp-ARNtAsn en Gln-ARNtGln et en Asn-ARNtAsn, respectivement. Chez H. pylori, la synthèse du Glu-ARNtGln est faite par une aaRS discriminante spéciale formant seulement le produit mésapparié. Cette GluGlnRS est aussi nommée GluRS2, puisque l'organisme possède une autre GluRS (GluRS1) discriminante formant seulement le Glu-ARNtGlu. La voie indirecte de la formation de l'Asn-ARNtAsn et du Gln-ARNtGln chez H. pylori et ses mécanismes de contrôle contre la mauvaise utilisation des aminoacyl-ARNt mésappariés est décrite. Tout d'abord, les premières évidences d'un channeling de l'Asp-ARNtAsn de l'AspRS-ND vers la GatCAB (Chapitre 3) mettent en scène la coopération entre ces deux enzymes permettant le contrôle de la molécule mésappariée. Une seconde publication montre la formation d'un complexe ternaire formé par la GluRS2, la GatCAB et l'ARNtGln et démontre comment ce complexe en coopération avec un rééchantillonage du substrat par la GluRS2 permettent un décodage plus fiable et plus efficace des codons Gln (Chapitre 5). Une troisième publication confirme la formation d'un complexe par l'AspRS-ND, la GatCAB et l'ARNtAsn (Chapitre 6). Ce complexe, ainsi que l'existence d'un second mode de liaison de l'ARNtAsn à l'AspRS-ND allant à l'encontre des caractéristiques connues de cette famille d'aaRS, augmentent la fidélité du décodage des codons Asn chez H. pylori. Au cours de ces travaux, en collaboration avec le groupe du Prof. Robert Chênevert (co-directeur de la thèse), des composés synthétiques ont été testés pour leur activité inhibitrice contre la GatCAB. Les premiers inhibiteurs de cette enzyme qui sont analogues à l'aa-ARNt, et le développement des méthodes de cette analyse, sont aussi présentés (Chapitres 3 et 4). / This work was focused on the formation of glutamine and asparagine used for protein biosynthesis in Helicobacter pylori. Most amino acids (aa) are linked to their cognate tRNAs by aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS). These enzymes have a high specificity, and their function is key to the proper decoding of mRNA. One or both of the enzymes responsible for the formation of glutaminyl-tRNAGln and asparaginyl-tRNAAsn are absent from most bacteria, archaea, as well as organelles. In bacteria and organelles, dual-function aaRSs dubbed non-discriminating (ND), are used in conjunction with an aminoacyl-tRNA amidotransferase called GatCAB, to form these amidated aminoacyl-tRNAs. ND-AspRS forms the canonical Asp-tRNAAsp, but also Asp-tRNAAsn. Meanwhile, in H. pylori, the task of forming Glu-tRNAGln which is filled by an ND-GluRS in most organisms, is filled by a special, discriminating enzyme forming only the mismatched product. This GluGlnRS has been called GluRS2, the other, Glu-tRNAGlu forming enzyme being called GluRS1. Work is presented describing these two pathways in H. pylori. One publication was the first to provide data suggesting that ND-AspRS could provide Asp-tRNAAsn to GatCAB through substrate channeling (Chapter 3). The second showed formation of a ternary complex formed by GluRS2, GatCAB and tRNAGln, allowing efficient and correct decoding of Gln codons, including resampling of the substrate by GluRS2 (Chapter 5). A third manuscript confirms earlier results by describing the formation of a ternary complex formed by ND-AspRS, GatCAB and tRNAAsn (Chapter 6). This work also furthers our understanding of the kinetics of aminoacylation, by showing that ND-AspRS has two different behaviours, each one consistent with one of the two, evolutionarily unrelated families of aaRSs. Throughout my thesis, collaboration with the group of Prof. Robert Chênevert (co-director of this thesis) sought to design, synthesize and test compounds for inhibitory activity against GatCAB. The first inhibitors which are analogues of the aminoacyl-tRNA substrate for this enzyme, and the development process of the methods used to test them are described in Chapters 3 and 4).

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les aminoacyl-ARNt synthetases (aaRS) sont des enzymes essentielles au processus de traduction des acides nucléiques (ADN) en séquences d'acides aminés (protéines). Elles catalysent l'estérification de chacun des 20 acides aminés à leurs ARN de transfert respectifs. Dans une première étape, l'acide aminé est activé pour donner un intermédiaire instable (aa-AMP), lequel réagit avec l'ARNt correspondant dans une seconde étape pour générer l'ARNt aminoacylé (aa-ARNt). Les inhibiteurs synthétisés dans le cas présent sont des analogues de l'intermédiaire instable (chapitres 2, 3 et 4). Les inhibiteurs des aminoacyl-ARNt synthetases ont plusieurs utilités : faciliter la cristallisation des aaRS en vue de déterminer leurs structures par diffraction des rayons-X, étudier les mécanismes réactionnels des aaRS, et à plus long terme, approfondir la recherche sur de nouvelles thérapies antibiotiques. Les aaRS ont évolué de façon divergente entre les procaryotes et les eucaryotes, ce qui rend possible l'inhibition sélective des aaRS bactériennes. Plusieurs bactéries ne possèdent pas la glutamine-ARNt synthetase et utilisent donc une voie indirecte pour le chargement de l'ARNt correspondant (Gln-ARNtGln). En premier lieu, l'acide glutamique est estérifié avec l'ARNt par une glutamyl-ARNt synthetase non discriminante (ND-GluRS). L'ARNtGln incorrectement apparié (Glu-ARNtGln) est par la suite transformé par une aminoacyl-ARNt amidotransférase (AdT) pour donner l'ARNt correctement apparié (Gln-ARNtGln). Ce type de mécanisme existe aussi pour le chargement de l'ARNt correspondant à l'asparagine (transamidation de l'Asp-ARNtAsn). Très peu d'inhibiteurs des aminoacyl-ARNt amidotransférases ont été rapportés jusqu'à maintenant. Pourtant, l'absence de cette enzyme dans le cytoplasme des cellules eucaryotes en fait une cible intéressante pour le développement d'antibiotiques. Le design et la synthèse de nouveaux inhibiteurs ont été réalisés en se basant sur le mécanisme des aminoacyl-ARNt amidotransférases (chapitre 5, 6 et 7).