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Candida glabrata est une levure pathogène opportuniste, apparaissant aujourd’hui comme la deuxième cause de candidémie en Europe et en Amérique du Nord. Cette levure présente de nombreuses particularités génomiques telles que la présence de nouveaux domaines structuraux au sein d’ARN non-codants ubiquitaires. Le premier aspect de cette thèse a consisté en l’étude de la sous-unité ARN atypique de la Ribonucléase P nucléaire de C. glabrata. Cet ARN contient trois grand domaines additionnels octroyant au transcrit une taille trois fois plus élevée que la moyenne des sous-unités ARN des RNase P eucaryotiques. Les expériences réalisées ont permis une meilleure compréhension du rôle de ces domaines additionnels et ont démontré la présence inédite de la protéine Rcl1 au sein du complexe de la RNase P. Dans un second temps ce travail de thèse a aussi contribué à l’amélioration des outils d’édition du génome de C. glabrata existants. De nouvelles cassettes intégratives de faible taille et positivement sélectionnables ont été mises au point. Ces éléments présentent toutes les caractéristiques permettant leur utilisation dans la modification du génome de souches sauvages et d’isolats cliniques de C. glabrata. / Candida glabrata is an opportunistic pathogenic yeast, and is today the second causative agent of candidemia in Europe and North America. This yeast has many genomic peculiarities such as the presence of new structural domains within ubiquitous non-coding RNAs. The first aspect of this thesis was the study of the atypical RNA subunit of the nuclear Ribonuclease P of C. glabrata. This RNA contains three large additional domains giving the transcript an overall size more than three times larger than the average eukaryotic RNase P RNA subunits. The experiments performed led to a better understanding of the role of these additional domains and demonstrated for the first time the presence of the Rcl1 protein within the RNase P complex. Secondly, this thesis work also contributed to the improvement of existing genome editing tools in C. glabrata. New small and positively selectable integrative cassettes have been developed. These elements exhibited all the required characteristics for their use in wild-type strains and clinical isolates of C. glabrata.

La RNase P est impliquée dans la maturation des ARNt en libérant l’extrémité 5’ leader des précurseurs d’ARNt. Jusqu’à récemment, il était admis que cette enzyme soit universellement conservée en tant que complexe ribonucléoprotéique. La rupture avec le modèle établi est venue avec l’identification d’une RNase P uniquement protéique dans les mitochondries humaines et chez les plantes. Ces protéines, nommées PRORP (PROteinaceous RNase P), présentent trois paralogues chez Arabidopsis, qui sont localisés soit dans les organelles (PRORP1), soit dans le noyau (PRORP2 et 3). Des tests d’activité in vitro montrent que les protéines PRORP possèdent seules une activité RNase P. L’étude de lignées ADN-T indique que la fonction des protéines PRORP est essentielle et la fonction de PRORP2 et 3 est redondante. L’analyse des lignées de dérégulation montre que les protéines PRORP possèdent une diversité de substrat et que la RNase MRP, une autre ribonucléoprotéine, n’est pas impliquée dans la maturation des ARNt. Ainsi les protéines PRORP seraient bien les seules enzymes impliquées dans la maturation de l’extrémité 5’ des ARNt chez Arabidopsis. / RNase P is involved in the maturation of tRNA precursors by cleaving their 5’ leader sequences. Until recently this enzyme was considered to be universally occurring as a ribonucleoprotein complex. The breakthrough from the existing model came with the identification of protein-only RNase P in human mitochondria as well as in plants. These proteins that we called PRORP (PROteinaceous RNase P) have three paralogs in Arabidopsis, which are localised in organelles (PRORP1) and nuclei (PRORP2 and 3). We have shown that PRORP proteins have RNase P activity in vitro as single proteins. In vivo the functions of PRORP proteins are essential and the function of PROPR2 and 3 are redundant. PRORP down-regulation mutants, show that PRORP proteins have a variety of other substrates and RNase MRP, another ribonucleoprotein, is not involved in the tRNA maturation. Results show that PRORP proteins would be the only enzymes responsible for RNase P activity in Arabidopsis.

La maturation des ARNt en 5' est réalisée par RNase P. C'est un ribozyme chez les bactéries, les fungi et les nuclei des mammifères et un enzyme protéique dans les plantes ou des organelles des mammifères qui s’appelle PRORP. Il y a trois PRORP dans A. thaliana. PRORP contiennent deux domaines : un domaine PPR qui reconnaît spécifiquement des séquences d'ARN et un domaine nucléase qui assure la coupure endonucléolytique 5' des précurseurs d’ARNt. Pendant ma thèse j'ai pu montré par des méthodes biophysiques et structurales comme SRCD et SAXS que PRORP1 et 2 sont composées en majorité des hélices alpha Elles ont un rayon de giration de 33 Å et contiennent deux domaines distincts avec et une dimension maximale de 110 Å. Pour le complex entre un substrat d'ARNt et PRORP une constante de dissociation de 1 uM a pu être confirmé par la microcalorimétrie, la thermophorèse et l'ultracentrifugation analytique. Ces analyses nous ont permis de construire un modèle PRORP et un substrat d'ARNt. / RNase P cleaves 5’ leaders of precursor tRNAs. RNase P is a ribozyme in bacteria, fungi and animal nuclei and a protein in animal organelles, plants and many other organism. There are three PRORPs in A. thaliana. MALS, SRCD and SAXS provided first structural information: 1) PRORPs are monomers in solution. 2) PRORP 1-2 have a high alpha-helical content. 3) PRORPs are composed of two distinct domains with a radius of gyration of 33 A. These results together with homology modelling enabled us to build a first model of PRORPs in complex with tRNA. Using three different methods, isothermal titration calorimetry, microscale thermophoresis and analytical ultracentrifugation, a binding constant of about 1 µM could be determined for the system PRORP2mDD and L5T0 tRNA. This helped us conducting a SAXS experiment taking into account the low resolution affinity and designed to provide the direct structural data of a complex of proteinaceous RNase P with a substrate tRNA.

In allen Organismen wird die genetische Information der DNA in mRNA umgeschrieben und diese im Cytosol als Vorlage für die Proteinbiosynthese benutzt. Dabei dienen tRNAs als codonspezifische Adaptermoleküle, die als Vorläufermoleküle (pre-tRNA) transkribiert werden. Eine Reaktion bei der Reifung übernimmt die Ribonuklease P (RNase P). Sie ist eine essentielle Endonuklease, die die 5\\\''-Flanke von pre-tRNAs entfernt. Eine weitere Endonuklease ist die RNase MRP (Mitochondrial RNA Processing), die mit der RNase P bis zu zehn Proteine gemeinsam hat. Ein Unterschied ist die eigene RNA-Untereinheit sowie die Funktion. RNase MRP ist bei der Reifung der mitochondrialen 5,8S rRNA beteiligt. Während die RNase P/MRP in den Eukaryoten Hefe und Mensch sehr detailliert untersucht werden, gibt es bis dato nur wenig Wissen über die RNase P/MRP in Pflanzen. In dieser Arbeit wurden vier Proteine, die homolog zu den menschlichen RNase P/MRP Proteinen sind, identifiziert und näher charakterisiert. Zwei als RNase MRP-Typ annotierte RNAs wurden in dieser Arbeit in vivo nachgewiesen. Der Fokus dieser Arbeit lag dabei in der Charakterisierung der Transkriptions- und Translationsprodukte sowie deren Beziehung zu RNase P/MRP. Dabei wurden annotierte mRNAs bestätigt und neue Spleißvarianten identifiziert. Mit spezifischen Antikörpern, die die identifizierten Proteine erkennen, konnten die Proteine im Arabidopsis thaliana Proteinextrakt sowie im Weizenkeimproteinextrakt nachgewiesen werden. Mit AtPOP1p-spezifischen Antikörpern konnte RNase P-Aktivität aus einem Proteinextrakt isoliert werden. Darin befand sich auch eine der beiden RNase MRP RNAs, die Bestandteil der RNase P Funktion sein könnte. In dieser Arbeit wurden Grundlagen geschaffen, um das RNase P/MRP-System in Pflanzen genauer zu verstehen und zu untersuchen.

L’activité RNase P est l'activité essentielle qui élimine les séquences 5' supplémentaires des précurseurs d'ARN de transfert. "PRORP" (PROteinaceous RNase P) définit une nouvelle catégorie de RNase P uniquement protéique. Avant la caractérisation de PRORP, on pensait que les enzymes RNase P étaient universellement conservées sous forme de ribonucléoprotéines (RNP). La caractérisation de PRORP a révélé une enzyme avec deux domaines principaux, un domaine N-terminal contenant plusieurs motifs PPR et un domaine NYN C-terminal portant l’activité catalytique. Nous avons utilisé une combinaison d'approches biochimiques et biophysiques pour caractériser le complexe PRORP / ARNt. La structure du complexe en solution a été déterminée par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et les Kd des interactions de différents mutants de PRORP avec l’ARNt ont été déterminées par ultracentrifugation analytique. Notre analyse révèle un cas intéressant d'évolution convergente. Il suggère que PRORP a développé un processus de reconnaissance de l'ARN similaire à celui des RNase P RNP. Par ailleurs, nous avons mis en place une approche de co-immunoprécipitation de PRORP avec l’ARN afin de définir le spectre de substrats des RNase P protéiques. / RNase P is the essential activity that removes 5'-leader sequences from transfer RNA precursors. “PRORP” (PROteinaceous RNase P) defines a novel category of protein only RNase P. Before the characterization of PRORP, RNase P enzymes were thought to occur universally as ribonucleoproteins (RNP). The characterization of PRORP revealed an enzyme with two main domains, an N-terminal domain containing multiple PPR motifs and a C-terminal NYN domain holding catalytic activity. We used a combination of biochemical and biophysical approaches to characterize the PRORP / tRNA complex. The structure of the complex in solution was determined by small angle X-ray scattering and Kd values of the PRORP / tRNA interaction were determined by analytical ultracentrifugation. We also analyzed direct interaction of a collection of PPR mutants with tRNA in order to determine the relative importance of individual PPR motifs for RNA binding. This reveals to what extent PRORP target recognition process conforms to the mode of action of PPR proteins interacting with linear RNA. Altogether, our analysis reveals an interesting case of convergent evolution. It suggests that PRORP has evolved an RNA recognition process similar to that of RNP RNase P. Moreover, we also implemented a PRORP-RNA co-immunoprecipitation approach to determine the full extent of PRORP substrates.

La RNase P est une endoribonucléase responsable de la maturation de l’extrémité 5’ des ARNt prématures. Holoenzyme très conservée, elle est constituée d’une composante ARN formant le noyau catalytique et d’une composante protéique dont le nombre de sous-unités est variable : une protéine chez les bactéries, 5 chez les archées et d’au moins 9 chez les eucaryotes. Les eucaryotes possèdent également une autre endoribonucléase, la RNase MRP dont la composition est proche de la RNase P tant au niveau ribonucléique que protéique mais avec une spécificité de substrat propre. Dans cette étude, nous proposons une méthode originale et spécifique pour purifier la RNase P et la RNase MRP de S. cerevisiae. Grâce à la microscopie électronique et au traitement d’images, nous avons déterminé la première structure de ces deux holoenzymes à une résolution d’environ 1.5 nm. Ces structures révèlent une architecture modulaire commune où les protéines stabilisent la composante ARN et contribuent à l’édification de cavités et de conduits. Les spécificités structurales sont localisées en des positions stratégiques pour l’identification et la coordination du substrat. / Ribonuclease P (RNase P) is an endoribonuclease that cleaves the 5'-leader sequence of pre-tRNAs. RNase P is conserved between all taxonomic kingdoms and consists of a catalytic RNA subunit and protein components of variable size, from one protein in bacteria to 5 proteins in archae and at least 9 proteins in eukaryotic cells. In addition to RNase P, eukaryotes possess the RNase MRP which has a related RNA core and shares 8 proteins subunits with RNase P but with its own substrate specificity. Here, we propose an original method to purify specifically RNase P and RNase MRP from S. cerevisiae. Using electron microscopy and image processing, we solved the first structure of these two holoenzymes at a resolution of about 1.5 nm. We showed that eukaryotic RNase P and RNase MRP have a modular architecture, where proteins stabilize the RNA fold and contribute to cavities, channels and chambers between the modules.Structural features are located at strategic positions for substrate recognition by shape and coordination of the cleaved-off sequence.