Etude d'un complexe ATPase/kinase, conservé des archées à l'homme, pouvant être impliqué dans le métabolisme des acides nucléiques – AKCcomplex

Nous souhaitons étudier deux protéines dont les fonctions biologiques restent inconnues et qui sont conservées chez toutes les archées et tous les eucaryotes. L'une de ces protéines est également présente chez toutes les bactéries. Il s'agit de l'une des deux protéines universelles dont la fonction reste inconnue à ce jour (que nous appellerons UP1 pour Universal Protein 1). La seconde est une serine-threonine kinase connue chez l'homme sous le nom de PRPK (pour p53 related protein kinase). Les gènes codant pour UP1 et la kinase sont fusionnés chez certaines Archées, ce qui plaide en faveur d'une interaction fonctionnelle et physique entre ces deux protéines. Cette interaction est confirmée par des données double-hybride et pulldown chez la levure. Nous avons donc baptisé la kinase UP1AK pour UP1 associated kinase. Vu l'excellente conservation de ces deux protéines entre les Archées et l'homme, la protéine UP1 est sans doute un élément, passé jusque-là inaperçu, du réseau de régulation p53. L'analyse du contexte génomique des gènes codant les protéines UP1 et la kinase UP1AK suggère un rôle de ces protéines dans le métabolisme des nucléotides et/ou la réparation des acides nucléiques. Nous avons récemment purifié, caractérisé et résolu la structure de la proteine UP1 de P. abyssi (collaboration entre les groupes de P. Forterre et d'Herman van Tilbeurgh). Nous avons montré que cette protéine contient un atome de Fer et possède une activité ATPase fortement stimulée par le Zinc ou le Nickel. Cette ATPase présente le premier cas d'une protéine ou l'on observe une interaction ditrecte entre le Fer et l'ATP. Un résultat préliminaire indique que la protéine UP1 se fixerait sur l'ADN. Au vu de nos résultats, nous avons baptisé le complexe étudié AKC pour « ATPase/Kinase Conserved » complexe. Dans le cadre du projet présenté, nous souhaitons caractériser la kinase UP1AK de P. abyssi et la protéine de fusion UP1/UP1AK de Methanocaldococcus jannashii (analyses biochimiques et structurales sur les trois protéines isolées et sur le complexe AKC reconstitué chez les archées et la levure). Nous allons en particulier rechercher les substrats du complexe AKC (nucleotides, acides nucléiques, protéines phosphorylées) et étudier l'effet de ce complexe sur des protéines de la réplication et de la réparation de l'ADN de l'archées P. abyssi. Nous allons également rechercher de nouveaux partenaires du complexe AKC chez les archées et la levure. Cette partie du projet sera réalisée en collaboration entre les groupes de Patrick Forterre (analyses biochimiques) et d'Herman van Tilbeurgh (analyses structurales). Pour déterminer les fonctions biologiques de ces protéines, nous souhaitons initier une approche génétique chez des organismes modèles correspondant aux trois domaines du vivant : Escherichia coli (bactérie), Caenorabditis elegans (eucaryote), Pyrococcus abyssi et Haloferax volcanii (archaea). Les études physiologiques et génétiques sur E. coli , H. volcani et P. abyssi seront réalisées dans le groupe de P. Forterre et les études sur C. elegans dans le groupe d'Emmanuel Culetto. Nous étudierons l'expression des deux gènes et le phénotype de mutants conditionnels, en recherchant tout particulièrement des modifications dans la réponse des mécanismes de réparation de l'ADN. Dans le cas de C. elegans, les gènes seront inactivés par la méthode du RNAi, et nous analyserons le profile d'expression tissulaire. L'étude du complexe AKC chez C. elegans devrait nous donner des éléments de réponse sur le rôle de ce complexe chez l'homme, en particulier du fait de la présence d'un homologue de p53 chez cet eucaryote modèle. L'extraordinaire conservation de la proteine UP1 (chez tous les organismes) et celle du mystérieux complexe AKC (chez toutes les archées et tous les eucaryotes) indiquent que nous avons laissé passer de côté une fonction essentielle à tous les êtres vivants, en dépit de plusieurs dizaines d'années d'études biochimiques et génétiques.