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Initiation de la traduction de l'histone H4 humaine: un mécanisme non conventionnel par recrutement interne des ribosomes

Unité de Recherche

UPR 9002 - Architecture et réactivité de l'ARN (IBMC)
15, rue Rene Descartes 67084 - Strasbourg Cedex

Équipe

Nom : Evolution des systèmes d'initiation de la traduction chez les eucaryotes

Responsable : ERIANI Gilbert - g.eriani@ibmc-cnrs.unistra.fr

Téléphone du responsable : 0388417042

Composition de l'équipe :
- Chercheurs : 4
- ITA : 1
- Doctorants : 1
- Post-Docs : 1
- Autres : 0

Publications majeures de l'équipe relatives au sujet au cours des 3 dernières années (le cas échéant, 3 publications récentes du DT) :
1) Martin, F., Barends, S., Jaeger, S., Schaeffer, L., Prongidi-Fix, L. et Eriani, G. (2011)
Cap-assisted internal initiation of translation of histone H4.
Molecular Cell 41, 197-209.

2) Prongidi-Fix L., Schaeffer L., Simonetti A., Barends S., Ménétret J.F., Klaholz B., Eriani G., Martin F. (2013). Rapid purification of ribosomal particles assembled on histone H4 mRNA: a new method based on mRNA-DNA chimaeras. Biochem J. 449, 719-728.
3) Martin, F. (2012). 15 years of the Yeast Three-hybrid System: RNA-protein interactions Under investigation. Methods. 58, 367-375.

Concernant la thèse

Directeur de Thèse : MARTIN Franck - f.martin@ibmc-cnrs.unistra.fr

Téléphone : 0388417042

Co-encadrant : non

Co-tutelle : non

Co-Directeur : non

Concernant le sujet proposé :

Titre : Initiation de la traduction de l'histone H4 humaine: un mécanisme non conventionnel par recrutement interne des ribosomes

Projet : Chez la plupart des ARNm eucaryotiques, l'initiation de la traduction est coiffe-dépendante et fait appel au scanning de l'extrémité 5'UTR par les ribosomes. Notre laboratoire a montré que ce modèle standard ne s'appliquait pas à tous les ARNm cellulaires. C'est le cas de l'ARNm de l'histone H4 dont la traduction est initiée par un mécanisme original reprenant à la fois certaines caractéristiques cellulaires (fixation à la coiffe) et virales (absence de scanning et entrée interne des ribosomes). Les ribosomes sont recrutés par des facteurs d'initiation fixés sur des séquences de l'ARNm situées dans la phase codante de la protéine. Ceux-ci sont déposés directement sur l'AUG initiateur où d'autres structures de l'ARNm participent à son positionnement. Ce processus simplifié d'initiation, baptisé « tethering », pourrait expliquer la production massive en histone destinée à compacter l'ADN synthétisé lors de la phase S du cycle cellulaire (Martin et coll. (2011) Molecular Cell 41, 197-209).
Dans le mécanisme d'initiation de l'histone H4, le facteur de liaison à la coiffe eIF4E joue un rôle essentiel en se fixant à la fois sur la coiffe de l'ARNm et sur des séquences internes de l'ARNm formant un repliement complexe. Le domaine N-terminal d'eIF4E, précédemment non caractérisé et distinct de son site de liaison à la coiffe, interagit spécifiquement avec les structures internes de l'ARNm pour permettre la fixation à l'ARNm.
Le projet de thèse portera sur l'étude des structures secondaires de l'ARNm impliquées dans le mécanisme d'initiation. Un premier domaine de 80 nucléotides est trouvé 20 nucléotides après l'AUG initiateur. Il est replié en 3 hélices reliées par une « jonction triple ». Sa fonction est reliée à la fixation du ribosome et à l'interaction avec la coiffe située à l'extrémité 5' de l'ARNm. Un second domaine essentiel est localisé au centre de l'ARNm. Il comporte une double tige-boucle de 40 nucléotides sur laquelle se fixe le facteur d'initiation eIF4E par un site distinct du site de fixation de la coiffe. Les propriétés non canoniques de la traduction de l'histone H4 proviennent en grande partie de la fixation d'eIF4E sur cet élément. Un troisième domaine essentiel est formé par l'appariement à distance de plusieurs régions de l'ARNm. Ce repliement est dynamique et peut osciller entre plusieurs conformations.
Le projet de recherche visera à décortiquer le mécanisme d'initiation de l'histone H4. Il sera focalisé sur les trois éléments structuraux de l'ARNm décrits ci-dessus et consistera à étudier leurs rôles lors de l'initiation de la traduction. Les partenaires interagissant avec ces éléments seront recherchés et étudiés : ARN ribosomaux et facteurs d'initiation protéiques. Ce projet s'appuiera sur les données structurales qui sont en cours d'acquisition (en collaboration avec des groupes de cryo-microscopie électronique et cristallographie aux rayons X).
L'étude de ces domaines fera appel aux techniques utilisées pour l'étude des interactions ARN-protéines : préparation et manipulation des ARN et des protéines, traduction des protéines in vitro, sondage en solution des ARN et expériences de protection de type « footprinting », mutagenèse dirigée, pontages des ARN, tests de fixation des ribosomes (gradients de sucrose, « toeprints ») et des facteurs d'initiation (spectrométrie de masse).

Compétences souhaitées : Bonnes connaissances dans les principes de biologie moléculaire (clonage, expression, mutagenèse), de biochimie des protéines, des acides nucléiques ainsi qu'en bioinformatique.

Expertises qui seront acquises au cours de la formation : A la fin de la thèse, l'étudiant sera familier avec les techniques d'étude de l'ARN, ADN et protéines. Il sera capable d'identifier des partenaires protéiques ou nucléiques impliqués dans la formation de complexes supra-moléculaires. Il aura aussi acquis des compétences en bioinformatique, en analyse par spectrométrie de masse.