Investigation du repliment des ARN et de l'activité chaperone par spectroscopie RMN multidimensionelle – RNAfolding

Afin de répondre à ces questions, nous utilisons et continuons à développer la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) haute résolution pour étudier les phénomènes de repliement des ARN, de liaison des ligands et de changements structuraux induits par un ligand, et ceci en temps réel. Ces études expérimentales par RMN sont aidées par le développement et l’utilisation de marquages isotopiques spécifiques en 13C qui fournissent la résolution spectrale requise pour des ARN de grande taille.
Ce projet combine des techniques de pointe en spectroscopie RMN, en chimie de synthèse et en biologie moléculaire. Il se fait à travers une coopération multidisciplinaire internationale de 3 groupes de recherches.

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Contrairement à la vision ancienne que la fonction d’une macromolécule biologique se trouve encodée dans sa structure tridimensionnelle statique, il est maintenant généralement admis que les protéines et les acides ribonucléiques (ARN) existent souvent comme ensemble de sous-états structurellement distincts. Les protéines, notamment, semblent avoir évolué pour former des ensembles conformationels très variés permettant un échantillonnage efficace de l’espace conformationel. La liaison d’un ligand conduit à une redistribution des populations et en dernier ressort à la sélection d’une seule conformation complémentaire au partenaire de liaison. Un grand nombre de données expérimentales sont disponibles qui soutiennent cette vue d’une nouvelle biologie structurale pour les protéines; tandis que, à ce jour, peu d’études ont été entreprises en ce sens sur des acides nucléiques. Alors que la cristallographie par rayons X a procuré une vue exceptionnelle de détails structuraux des macromolécules biologiques, il est déjà prévisible que la spectroscopie RMN va jouer un rôle majeur pour la caractérisation dynamique de ces mêmes molécules.
Le but de ce projet est de fournir une meilleure compréhension de la surface d’énergie décrivant les conformations accessibles aux ARN (minima d’énergie libre) et les barrières d’énergie les séparant. Ceci va permettre de mieux comprendre comment la possibilité d’adopter des repliements distincts mais d’énergie comparable est mise en œuvre par les ARN pour effectuer leur activité biologique. Notre étude va se focaliser sur deux questions: (1) Quelles sont les bases moléculaires des transitions conformationelles subies par les ARN riboswitch en réponse à un changement des conditions environnementales afin d’effectuer une fonction particulière comme induire ou abolir l’expression d’un gène ? (2) Quels sont les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’activité des protéines chaperonnes d’ARN lorsqu’elles aident au repliement des ARN ? Afin de répondre à ces questions, nous allons utiliser et continuer à développer la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) haute résolution pour étudier les phénomènes de repliement des ARN, de liaison des ligands et de changements structuraux induits par un ligand, et ceci en temps réel. Cela conduira à l’obtention d’informations à l’échelle atomique sur la cinétique des transitions structurales et sur les populations transitoires d’éventuels états intermédiaires. De plus, nous étudierons la présence des conformations faiblement peuplées en conditions d’équilibre par des mesures de relaxation nucléaire et d’échange hydrogène entre l’ARN et le solvent. Ces études expérimentales par RMN seront aidées par le développement et l’utilisation de marquages isotopiques spécifiques en 13C et 19F qui fourniront la résolution spectrale requise pour des ARN de grande taille. De plus un grand nombre de sondes RMN très sensibles seront disponibles pour décrire la structure et la dynamique locale de l’ARN durant le phénomène de repliement ou lors de la présence ou de l’absence d’un métabolite ligand ou d’une protéine chaperonne. Nous avons sélectionné plusieurs molécules d’ARN intéressantes et une protéine chaperonne d’ARN qui seront produites, marquées isotopiquement et étudiées par RMN durant ce projet.
Ce projet à l’interface de la spectroscopie RMN, de la chimie de synthèse et de la biologie moléculaire est basé sur la coopération internationale de 3 groupes de recherches reconnus comme experts dans leur domaine. Il fournira de nouvelles informations sur le détail des mécanismes de la fonction d’un ARN riboswitch, d’interactions ARN-protéine chaperonne et de l’importance de la dynamique conformationelle et des états de transition dans le repliement et la fonction des ARN.