Pour faciliter l’initiation de la transcription par l’ARN Polymérase II, le complexe co-activateur de la transcription SAGA possède une activité d’acétylation des histones H3 et une activité de déubiquitination des histones H2B, catalysée chez l’homme par l’enzyme USP22. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de la régulation de cette activité de déubiquitination.Au sein de SAGA, USP22 interagit fortement avec trois protéines pour former un module structural appelé module de déubiquitination (DUBm). Nous avons montré que la formation d’un tel module était requise pour activer USP22. D’autre part, deux sous-unités du DUBm humain, ATXN7 et ATXN7L3, contiennent un domaine SCA7. Nos résultats montrent que le repliement structural adopté par ces deux doigts de zinc n’avait pas encore été décrit. Nous avons démontré que le domaine SCA7 de ATXN7 peut interagir avec un nucléosome in vitro et que cette interaction participe à la régulation fine de l’activité de déubiquitination de SAGA. Nous proposons qu’en interagissant avec le nucléosome, le domaine SCA7 de Sgf73 ou de ATXN7 pourrait positionner le DUBm de façon optimale par rapport à son substrat. / The SAGA complex is one of the most studied transcriptional co-activator complexes. To facilitate transcription by RNA Polymerase II, SAGA presents a modular organization and harbours two enzymatic activities. In human cells, these two enzymes are called GCN5 and USP22 and they can respectivelly acetylate histones H3 and deubiquitinate histones H2B. During my PhD thesis, I have worked on the regulation of SAGA deubiquitination activity. In the SAGA complex, USP22 interacts strongly with three other subunits to form a structural and functionnal module, named deubiquitination module (DUBm). We have shown that the free recombinant USP22 enzyme is not active, but that the formation of a stable DUBm triggers a strong stimulation of USP22 catalytic activity. Secondly, in human cells, two subunits of the DUBm, ATXN7 and ATXN7L3, contain a domain, called SCA7, that is not found in any other protein. Our results show that the new structural fold adopted by these two domains is specific to these zinc-fingers. These two SCA7 domains share a common structural heart, but their atomic structures reveal also differences, especially in the spatial organization of secondary structure elements. Indeed, we have shown that ATXN7 SCA7 domain can interact in vitro with a nucleosome which is not the case of ATXN7L3 SCA7 domain. Finally, I could show that in vivo the SCA7 domain of Sgf73, the ortholog of ATXN7 has a role in fine tunning SAGA deubiquitination activity. We hypothesize that the interaction between a nucleosome and the SCA7 domain of ATXN7 or Sgf73 would regulate SAGA deubiquitination activity by an optimal positionning of the module to its substrate.

Les transposases sont des enzymes qui reconnaissent des séquences spécifiques sur l'ADN aux bornes des transposons (éléments à transposer) et catalysent des réactions de coupure et de transfert de brins. La mobilité des transposons entraîne la plasticité des génomes, et dans certains cas, l'exaptation de gènes de transposons contribue à l'émergence de nouvelles fonctions cellulaires. La paramécie est un modèle eucaryote unicellulaire extraordinaire pour étudier le rôle des transposases domestiquées de PiggyBac (nommées PiggyMac et PiggyMac-like) dans le réarrangement programmé de son génome. Ces dernières contribuent à l'assemblage de son génome somatique au cours du cycle sexuel. Les principaux axes de ce projet se sont centrés sur l’étude structurale de la transposase PiggyBac (issue de Trichoplusia ni) et une étude d’interaction avec des séquences particulières de son transposon. Ainsi qu’une étude structurale de la transposase domestiquée PiggyMac chez la paramécie.La première structure obtenue (domaine riche en cystéine de la transposase PiggyBac) montre une structuration en doigt de zinc de type PHD-RING. Il a été démontré in vivo et in vitro l’importance du domaine riche en cystéines (CRD) de PiggyBac pour une activité d’excision et d’intégration du transposon PiggyBac. Nous avons pu mettre en évidence que le CRD de PiggyBac cible des séquences spécifiques d’ADN qui sont localisées dans les séquences TIR (Terminal Inverted Repeat) gauche et droite du transposon. Grâce aux résultats issus de la RMN, des modèles de complexes protéine-ADN ont pu être établis.Concernant PiggyMac (transposase PiggyBac domestiquée), son domaine riche en cystéines et histidines a pu être produit doublement marqué (15N et 13C) dans E.coli. Des études structurales en RMN et l'utilisation d'un programme de modélisation moléculaire CYANA ont permis d’accéder à la structure tridimensionnelle de ce domaine.Nous montrons que celui-ci se replie en doigt de zinc entrelacé qui lie deux ions zinc avec un total de huit histidines et cystéines (résultat en cours de publication). La configuration de ce doigt de zinc est différente de celui de PiggyBac et même nouveau dans la littérature concernant ce peptide. Cette étude a permis de mettre en évidence un nouveau type de doigt de zinc. / Transposases are enzymes that recognize specific DNA sequences across transposons (elements to transpose) and catalyze cleavage and transfer reactions strands. The mobility of transposons causes the genome plasticity, and in some cases, the transposon gene exaptation contributes to the emergence of new cellular functions. Paramecium is an extraordinary unicellular eukaryotic model to study the role of transposases domesticated PiggyBac (named PiggyMac and PiggyMac-like) in the programmed rearrangement of its genome. These contribute to the assembly of the somatic genome during sexual cycle. The main axes of this project have focused on the structural study of the transposase PiggyBac (derived from Trichoplusia ni) and an interaction study with particular sequences of the transposon. And a structural study of the transposase domesticated PiggyMac in Paramecium.The first structure obtained (cysteine-rich domain of the transposase PiggyBac) shows a structure in PHD-RING-type zinc finger. It has been demonstrated in vivo and in vitro the importance of the cysteine-rich domain (CRD) of PiggyBac for excision activity and integration of the transposon PiggyBac. We were able to show that the CRD PiggyBac target specific DNA sequences that are located in the TIR sequences (Inverted Terminal Repeat) left and right of the transposon. Thanks to the NMR results, protein-DNA complexes models were established.Regarding PiggyMac (PiggyBac domesticated transposase), its cysteine ​​and histidine rich domain has been doubly labeled product (15N and 13C) in E. coli. NMR structural studies and the use of a CYANA molecular modeling program allowed to access the three-dimensional structure of this domain.We show that it folds into interlaced zinc finger that binds two zinc ions with a total of eight histidine and cysteine ​​(results being published). The configuration of this zinc finger is different from that of PiggyBac and even new in the literature concerning this peptide. The study highlighted a new type of zinc finger.

Pour faciliter l'initiation de la transcription par l'ARN Polymérase II, le complexe co-activateur de la transcription SAGA possède une activité d'acétylation des histones H3 et une activité de déubiquitination des histones H2B, catalysée chez l'homme par l'enzyme USP22. Mon travail de thèse a porté sur l'étude de la régulation de cette activité de déubiquitination.Au sein de SAGA, USP22 interagit fortement avec trois protéines pour former un module structural appelé module de déubiquitination (DUBm). Nous avons montré que la formation d'un tel module était requise pour activer USP22. D'autre part, deux sous-unités du DUBm humain, ATXN7 et ATXN7L3, contiennent un domaine SCA7. Nos résultats montrent que le repliement structural adopté par ces deux doigts de zinc n'avait pas encore été décrit. Nous avons démontré que le domaine SCA7 de ATXN7 peut interagir avec un nucléosome in vitro et que cette interaction participe à la régulation fine de l'activité de déubiquitination de SAGA. Nous proposons qu'en interagissant avec le nucléosome, le domaine SCA7 de Sgf73 ou de ATXN7 pourrait positionner le DUBm de façon optimale par rapport à son substrat.

La famille des protéines THAP est caractérisée par la présence d'un motif protéique, le domaine THAP, conservé au cours de l'évolution et retrouvé dans une centaine de protéines chez l'homme et les organismes animaux modèles. La protéine THAP1 humaine est impliquée dans la régulation du cycle cellulaire dans la voie pRb/E2F et dans la prolifération cellulaire. Le domaine THAP de THAP1 est un motif de liaison à l'ADN de type C-X2-4-C-X35-50-C-X2-H, séquence-spécifique et dépendant du zinc. Nous avons déterminé la structure tridimensionnelle du domaine THAP de THAP1 par Résonance Magnétique Nucléaire en solution. Ce doigt de zinc atypique de ~ 80 résidus se distingue par la présence d'un long motif ΒΑΒ entre les deux paires de ligands de coordination au zinc C2CH. Nous avons étudié la liaison du domaine THAP de THAP1 à sa séquence ADN spécifiquement reconnue en déterminant une constante de dissociation spécifique par Résonance Plasmonique de Surface et en réalisant des expériences d'empreinte RMN de façon à identifier les résidus impliqués dans la liaison à l'ADN. La combinaison des données de variation de déplacement chimique avec des données de mutagénèse dirigée nous a permis de localiser l'interface de liaison à l'ADN du domaine, correspondant à une zone chargée positivement, et de construire un modèle d'interaction protéine-ADN rendant compte d'une reconnaissance originale.

La famille RecQ des ADN hélicases est impliquée dans la maintenance de la stabilité génomique. Nous nous sommes intéressés, au cours de ce travail, au rôle du doigt de zinc du domaine RecQ Ct de ces hélicases. Les résultats indiquent que le motif à doigt de zinc est impliqué dans la fixation à l'ADN et le repliement correct de la protéine RecQ. Nous avons montré que le domaine hélicase de RECQ5 possède une activité intrinsèque qui tend à favoriser l'hybridation d'ADN et que le doigt de zinc de RECQ5(3 régule la fixation à l'ADN, l'activité ATPase, le déroulement de l'ADN, l'hybridation de l'ADN et l'échange des brins d'ADN. II semble que la présence du doigt de zinc est essentielle pour les activités ATPase et hélicase des hélicases RecQ, mais pas pour l'activité d'hybridation d'ADN. Notre travail sur les hélicase RecQ de Bacillus subtilis soutient aussi cette conclusion.

Le virus de la panachure jaune du riz (virus RYMV pour Rice Yellow Mottle Virus) infecte principalement le genre Oryza et provoque d'importants dégâts sur les cultures de riz en Afrique. Bien que son génome soit rudimentaire, ce virus code des protéines essentielles pour son maintien chez l’hôte en dépit des mécanismes de défense de la plante. Les travaux récents de l’équipe ont permis d’identifier la protéine P1 codée par ce virus comme une protéine qui pourrait, grâce à sa propriété de suppresseur de RNA silencing, permettre au virus de contourner un mécanisme de défense essentiel de l’hôte et permettre au virus de perpétuer son cycle viral. Peu de données concernant les mécanismes d’action de la protéine P1 sont disponibles à ce jour. Le travail entrepris au cours de ma thèse a donc consisté à compléter les connaissances sur la biochimie de cette protéine, à définir sa structure tridimensionnelle et à mettre à jour sa localisation sub cellulaire afin de révéler des propriétés qui pourraient nous permettre non seulement de mieux comprendre comment cette protéine opère ses fonctions mais également de définir des méthodes de lutte adéquates contre ce virus. Ainsi, je montre que la protéine P1 constitue une nouvelle famille de protéine à doigt de zinc possédant une structure 3D inédite composée d’un premier domaine impliqué dans la dimérisation de la protéine et dans des interactions avec des ligands dont certains pourraient provenir de la plante hôte. Mon travail permet également d’identifier un deuxième domaine senseur de l’état redox au sein de la protéine qui lui permet probablement de sonder l’état de la plante pendant l’infection virale et d’adapter ses conformations pour assurer ses fonctions. Finalement, une approche par mutagénèse sur la protéine P1 assistée par la nouvelle structure 3D démontre qu’il est désormais possible d’identifier les résidus essentiels à la protéine pour sa participation dans l’infection virale. Ce travail ouvre donc de nombreuses perspectives pour de futures études de mécanistique sur ces domaines-clé de la protéine, ainsi que pour des études sur sa diversité génétique au sein des très nombreux isolats du virus RYMV en Afrique. / The virus of rice yellow mottle virus (RYMV for Rice Yellow Mottle Virus) mainly infects the genus Oryza and causes significant damage to rice crops in Africa. Although its genome is rudimentary, this virus code essential proteins for its maintenance in the host despite the defense mechanisms of the plant. Recent work by the team has identified the P1 protein encoded by the virus as a protein that could, through its ownership of RNA silencing suppressor, allow the virus to bypass an essential defense mechanism of the host and allow the virus to perpetuate its viral cycle. Little data on the mechanisms of action of the P1 protein is available to date. The work undertaken during my thesis was therefore to supplement the knowledge of the biochemistry of this protein, to define its three-dimensional structure and update its sub cellular localization to reveal properties that could enable us not only to understand how this protein works its functions but also to define methods of adequate response against the virus. Thus, I show that the P1 protein is a new zinc finger protein family having a unique 3D structure consisting of a first domain involved in the dimerization of the protein and in interactions with ligands some of which may originate from the plant host. My work also identifies a second sensor field in the redox state of the protein that probably allows him to probe the state of the plant during viral infection and adapt its conformation to conduct their duties. Finally, a mutagenesis approach to P1 assisted by the new 3D protein structure shows that it is now possible to identify critical residues in the protein for its participation in the viral infection. This work thus opens up many possibilities for future mechanistic studies on these key areas of the protein, as well as for studies of genetic diversity within many RYMV isolates of virus in Africa

La protéine Bcd1 est un facteur nucléaire essentiel à la viabilité cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae. Il est décrit comme requis pour assurer la stabilité des snoRNA à boîtes C/D. Ces petits ARN non codants s’assemblent à un jeu de 4 protéines invariables pour former les snoRNP à boîtes C/D qui sont des acteurs cruciaux de la biogenèse des ribosomes. En effet, quelques-unes de ces particules participent aux mécanismes assurant la maturation du précurseur des ARN ribosomiques et la grande majorité des autres particules sont des catalyseurs de la modification par 2’-O-méthylation des riboses. Bcd1p n’est pas présente au sein des particules matures, mais fait partie de ses facteurs d’assemblage, au même titre que les sous-complexes Rsa1p:Hit1p et R2TP (Rvb1p:Rvb2p:Tah1p:Pih1p). Notre analyse de différents fragments de Bcd1p a dans un premier temps montré que sa région N-terminale (résidus 1 à 96) suffit à lui conférer son caractère essentiel. Cette région comprend un domaine à double doigt à zinc de la famille zf-HIT, également présent chez un autre facteur d’assemblage des snoRNP à boîtes C/D, la protéine Hit1. Nous avons résolu la structure 3D en solution de ces doigts à zinc et montré que ce sont des modules d’interaction avec les protéines Rvb1/2. Dans un second temps nous avons identifié la région C-terminale (résidus 120 à 303) de la protéine Bcd1 comme étant suffisante pour interagir avec la chaperonne d’histone Rtt106p. La structure 3D en solution de ce domaine a été déterminée par RMN. Différentes approches de cinétique d’échange hydrogène/deutérium et d’expériences de cross-link suivies par des analyses par spectrométrie de masse, des expériences de titrage par RMN et de SAXS nous ont permis d’obtenir des informations sur les surfaces d’interaction de chacune de ces deux protéines. Un fragment, défini à partir des données de RMN de Bcd1p libre, nous a permis d'obtenir des cristaux du complexe Bcd1p:Rtt106p ouvrant la perspective de résoudre sa structure 3D par diffraction aux rayons X. De plus, des études fonctionnelles ont débuté visant à déterminer l’importance de la formation de ce complexe sur la biogenèse des snoRNP à boîtes C/D et l’impact de Bcd1p sur l’interaction entre Rtt106p et les nucléosomes / The protein Bcd1 is a nuclear factor essential for the cellular viability of the yeast Saccharomyces cerevisiae. It is described as required to ensure box C/D snoRNA stability. These small non-coding RNAs associate with an invariable set of 4 proteins to form the box C/D snoRNPs that are crucial players in ribosome biogenesis. Indeed, some of these particles participate in mechanisms for the maturation of the ribosomal RNA precursor (prerRNA) and the vast majority of the other particles are catalysts of 2’-O-methylation of riboses. Bcd1p is not present in mature particles, but is one of the assembly factors in addition to the Rsa1p:Hit1p and R2TP (Rvb1p:Rvb2p:Tah1p:Pih1p) sub-complexes. Our analysis of the different Bcd1p fragments has firstly shown that the essential function of Bcd1p relies on its N-terminal region (residues 1 to 96). It comprises a double zinc finger domain from the zf-HIT family, also present in another box C/D snoRNP assembly factor, the protein Hit1. We solved the 3D solution structure of these two zinc fingers and showed that these are modules for the interaction of Bcd1p with the Rvb1/2 proteins. Secondly, we identified the C-terminal region (residues 120 to 303) of Bcd1p as being sufficient to interact with the histone chaperone Rtt106p. The 3D solution structure of this domain of Bcd1p was determined by NMR. Different approaches of hydrogen/deuterium kinetic exchange and cross-link experiments followed by mass spectrometry analysis, NMR titration, and SAXS allowed us to obtain information about the interaction surfaces on each of the two proteins. A fragment defined from NMR data on the free Bcd1p allowed us to obtain crystals of the Bcd1p:Rtt106p complex, opening the perspective to solve its 3D structure by X-ray diffraction. Furthermore, functional studies started in order to determine the importance of this complex formation in box C/D snoRNP biogenesis and the impact of Bcd1p on the interaction of Rtt106p with nucleosomes