Le rôle des protéines Universelles de Maintenance du Génome (Kae1, YgjD) et du complexe EKC/KEOPS dans les trois domaines du vivant – UGM Partners

Récemment, nous avons découvert qu?une protéine annotée « O-Sialoglycoprotein-endopeptidase », présente dans tous les génomes séquencés à ce jour, correspondait en fait à une protéine fixant l?ADN et présentant une activité endonucléase apurinique atypique (Hecker et al., NAR, 2007). Nous avons également montré par des expériences in vivo que cette protéine connue sous diverses appellations (YgjD/Ggc, Kae1, OSGEP ou aussi Qri7/OSGEPL) est impliquée dans la maintenance des génomes. Nous proposons d?appeler ces protéines UGM pour « Universal Genome Maintenance?. Chez la levure, la protéine UGM Kae1 interagit avec une protéine kinase conservée, Bud32, et trois autres petites protéines pour former un complexe associé à la chromatine (complexe EKC/KEOPS). Ce complexe est impliqué dans la transcription et dans le maintien des télomères. Quatre de ces cinq protéines possèdent des homologues chez les Eucaryotes et les Archaea. Cette conservation indique que ce complexe est certainement une machine moléculaire ancienne fondamentale au niveau cellulaire. Bien que les protéines UGM et les protéines constituant le complexe EKC/KEOPS semblent aussi importantes que les protéines RecA/Rad51, elles n?ont été étudiées que par un nombre encore très limité de laboratoires. De et de ce fait, leur(s) fonction(s) biologiques et biochimiques sont encore inconnues. L?objectif global de ce projet est de déterminer non seulement les rôles biochimiques et biologiques des protéines UGM dans les trois domaines du vivant mais aussi les rôles du complexe EKC/KEOPS chez les Archaea et les Eucaryotes. Pour ce faire, nous combinerons des approches bioinformatiques, structurales, biochimiques, génétiques et génomiques chez la bactérie E. coli, les archaea P. abyssi et M. jannaschii et les eucaryotes S. cerevisiaea et l?Homme. Notre demande inclut quatre partenaires ayant des expertises complémentaires. L?équipe de Patrick Forterre (P1), qui possède une expertise dans le domaine de la biologie moléculaire des Archaea, a déjà collaboré avec l?équipe de Herman van Tilbeurgh (P2), experte dans l?analyse et la résolution de structures protéiques. Dans un projet ANR précédent, ces équipes ont résolu les structures de la protéine Kae1 et d?un sous-complexe du complexe KEOPS chez les Archaea (Hecker et al., NAR, 2007 ; EMBO J. 2008 ; Biochemical Society Transactions, 2009). Les équipes de Domenico Libri (P3) et de Carl Man (P4), à l?origine de la découverte du complexe EKC (Kisseleva-Romanova, EMBO J., 2006), sont spécialisées dans des approches génétiques chez la levure et dans l?étude des protéines s?associant à la chromatine chez l?Homme. Au cours de ce projet, nous complèterons l?analyse biochimique et structurale des protéines UGM et du complexe EKC/KEOPS dans les trois domaines du vivant. Un des objectifs prioritaires sera de résoudre la structure du complexe EKC/KEOPS chez les Archaea et la levure (P1 et P2) et de reconstituer des complexes à partir des protéines isolées (le complexe archaéen inclut probablement un cinquième élément manquant chez la levure et l?Homme) (P1-4). Concernant les analyses enzymatiques, nous nous focaliserons particulièrement sur le rôle du site ATP/fer de Kae1 découvert par P2 ainsi que sur l?interaction des protéines UGM et du complexe EKC/KEOPS avec les acides nucléiques. Il est important de déterminer si ces protéines lient l?ADN (mais aussi l?ARN), et si ces dernières possèdent d?autres activités enzymatiques autres que l?activité endonucléase apurinique détectée initialement. Une analyse phénotypique de mutants des protéines UGM et de leurs partenaires sera également entreprise chez E. coli (P1) et S. cerevisiae (P3). Un objectif majeur de ce projet concernera la recherche de protéines interagissant avec les protéines UGM dans les trois domaines du vivant et/ou avec le complexe EKC/KEOPS chez les Archaea et les Eucaryotes (P1, P3, P4). Ces partenaires protéiques seront recherchés par des approches in silico (analyse du complexe génomique), biochimiques (essais pull-down, TAP-tag) et génétiques/génomiques (transcriptome, interactome). Ces identifications nous aideront à prédire le rôle biologique des protéines UGM et du complexe EKC/KEOPS. Ces prédictions seront alors testées par des approches biochimiques et génétiques. Un aspect novateur et important de ce projet aura trait à l?étude du complexe EKC/KEOPS chez l?homme (P4). En effet, un des constituants de ce complexe est déjà connu pour phosphoryler p53, et un second correspond à des protéines impliquées dans certains cancers des testicules. Les protéines étudiées dans ce projet étant soit universelles (protéines UGM) ou conservées dans deux des trois domaines du vivant (complexe EKC/KEOPS), le déchiffrage de leurs rôles biologiques aura d?importantes retombées pour les biologistes issus de domaines de recherches variés.