Rôle Physiologique des Ribonucléases de type ß-CASP dans le Métabolisme des ARN chez les Archées – CASPAR

Le métabolisme de l’ARN, qui implique des ribonucléases et des enzymes auxiliaires telles que les hélicases à ARN, joue un rôle pivot dans toute cellule vivante et constitue une étape primordiale dans la régulation de l’expression des gènes. La plupart de nos connaissances du métabolisme de l’ARN provient de l’étude de deux des trois domaines du vivant, les Bactéries et les Eucaryotes. En effet chez les Archées, l’exploration des voies de maturation et de dégradation des ARN reste très préliminaire. Nos récentes études phylogénétiques et biochimiques ont permis d’identifier deux ribonucléases majeures de type ß-CASP dénommées aCPSF1 et aRNase J. Les nucléases de type ß-CASP sont apparues ces dernières années comme ayant un rôle central dans le métabolisme de l’ARN. Ces enzymes, uniques parmi les ribonucléases, sont connues pour leur capacité à catalyser à la fois des réactions exonucléolytiques et endonucléolytiques. Nous avons montré que les enzymes de type ß-CASP, aCPSF1 et aRNase J, chez les Archées, sont respectivement les orthologues du facteur de terminaison de la transcription CPSF73 eucaryote et de la ribonucléase RNase J bactérienne. Ainsi les Archées posséderaient un système original et mosaïque de maturation et de dégradation des ARN, soulignant l’intérêt des modèles Archées pour obtenir des informations sur les mécanismes et sur l’évolution des voies métaboliques de l’ARN.
Le but du projet CASPAR est de décrypter le rôle physiologique de deux ribonucléases majeures de type ß-CASP, aCPSF1 et aRNase J, conservées chez les Archées, avec pour modèles d’études, les Thermocccales, Pyrococcus abyssi et Thermococcus barophilus. Notre hypothèse de travail est basée sur nos résultats préliminaires suggérant que les ribonucléases aCPSF1 et aRNase J seraient au centre de réseaux d’interactions protéine-protéine incluant deux hélicases de la superfamille 2 (SF2), aSki2b et aLhr2, probablement impliquées dans des voies métaboliques essentielles de l’ARN. Notre stratégie, pour discerner le rôle de aCPSF1 et aRNase J dans le métabolisme de l’ARN des Archées et pour identifier leurs partenaires protéiques, est fondée sur une combinaison d’approches génétique, biochimique, transcriptomique, protéomique et phylogénomique.
Le premier volet du projet est dédié à la compréhension de l’importance physiologique des deux ribonucléases ß-CASP majeures, aCPSF1 and aRNase J, et des deux hélicases de la famille SF2, aSki2b and aLhr2. Dans un deuxième volet, nous rechercherons leurs partenaires protéiques et la nature de leurs substrats ARN. Nous cartographierons les interactions deux à deux entre partenaires des complexes ß-CASP et caractériserons les activités enzymatiques (ribonucléolytique) des complexes reconstitués ainsi que les activités ATPasiques et d‘ouverture de brins des hélicases SF2. Enfin, dans un troisième volet, nous établirons les liens évolutifs de l’ensemble des partenaires identifiés.
Ce travail sera la première exploration des réseaux d’interaction et des machineries des voies métaboliques de l’ARN mettant en jeu des ribonucléases ß-CASP et hélicases SF2 et la première étude évolutive discernant les composants cœurs du métabolisme de l’ARN chez les Archées.
L’ensemble de ce projet sera un pas décisif vers la compréhension du mécanisme de maturation des ARN ribosomiques, de dégradation des ARN messagers et de terminaison de la transcription chez les Archées. Ainsi nos approches établiront une base solide structurant les éléments fondamentaux du métabolisme de l'ARN chez les Archées, domaine de recherche restant à ce jour peu exploré et permettront d’appréhender l’évolution des voies métaboliques de l’ARN à travers les trois domaines du vivant.