CE11 - Caractérisation des structures et relations structure-fonctions des macromolécules biologiques

Rôle des centres Fe-S dans les mécanismes de régulation de la transcription – MANGO-ICING

Résumé de soumission

La transcription génétique est contrôlée, chez tous les organismes, par des facteurs de transcription protéiques (FT) qui reconnaissent et lient spécifiquement des séquences promotrice sur l’ADN. De nombreuses bactéries possèdent des FT contenant des centres fer-soufre (FeS), [4Fe-4S] ou [2Fe-2S], capables de détecter des changements environnementaux. Les centres FeS sont surtout connus pour leur rôle de catalyseurs ou dans le transfert d’électrons. Leur rôle de régulateurs de transcription est, en revanche, beaucoup moins documenté. L’objectif, avec notre collaborateur anglais, est de mieux comprendre les interactions entre les centres FeS et les molécules effectrices, ainsi leurs effets sur la modulation de la fixation des FT sur l’ADN.
En général, les bactéries utilisent les FT à centres FeS pour réguler l’expression de gènes impliqués dans la réponse à des stresses environnementaux tels que la présence d’oxygène moléculaire (O2), de monoxyde d’azote (NO), un déséquilibre de l’état redox de la cellule, une carence en fer ou directement en centre FeS. Les mécanismes de transfert du signal entre le domaine de liaison de l’effecteur et le domaine de liaison à l’ADN ne sont actuellement pas bien compris. Notre projet se focalise sur quatre FT de la famille structurale des Rrf2 qui répondent à des signaux différents. Il s’agit de senseurs à [4Fe-4S] NsrR (NO) et RirA (statut en fer) et de senseurs à [2Fe-2S], IscR (statut en FeS) et RsrR (état redox). Chacun de ces FT lie des séquences d’ADN différentes et mis à part RsrR, ils sont tous très sensibles à la présence d’O2. Nous proposons d’étudier, en combinant des approches fonctionnelles et structurales, l’impact des molécules effectrices sur l’intégrité des cofacteurs FeS et les conséquences sur la fixation des FT sur leurs séquences d’ADN cibles. L’étude de quatre FT à centres FeS avec des repliements similaires mais répondant à des signaux différents donne une opportunité unique de comparer leurs mécanismes de régulation. Ces FT, étant essentiels à un grand nombre de pathogènes et absents chez les humains, constituent des cibles potentielles pour de nouveaux antibiotiques.
Les deux partenaires du projet sont parfaitement équipés pour la production et l’étude de protéines en conditions anaérobie. Ils ont résolu les premières structures cristallines de deux protéines de la famille des Rrf2 contenant des centres FeS : [4Fe-4S]-NrsR (doi : 10.1038/ncomms15052) et [2Fe-2S]-RsrR (non publié). Aucune structure des formes holo de RirA et IscR n’est connue. Notre objectif est donc de résoudre les structures de : (1) [4Fe-4S]-RirA et [2Fe-2S]-IscR, (2) un complexe ADN pour chacun des FT étudiés, (3) des intermédiaires stables produits après réaction avec différentes molécules effectrices (4) des variantes pour analyser l’implication de certains acides aminés. Nous voulons corréler ces informations avec des mesures d’affinités FT-ADN et avec la caractérisation des modifications induites par les molécules effectrices. Le principal obstacle sera de produire des formes stables des différents états des FT et de trouver les conditions adéquates à l’obtention de cristaux de qualité. Nous prévoyons de tester des milliers de conditions de cristallisation grâce au système automatisé en conditions anaérobie développé au laboratoire. Par ailleurs, des méthodes biophysiques comme la spectroscopie de masse native et les résonnances Raman et infrarouge seront utilisées par nos collaborateurs pour caractériser les différentes formes des centres FeS et ainsi trouver des conditions de meilleure stabilité en solution. La stabilité étant un élément critique du projet, cette approche devrait faciliter la cristallisation de certaines formes intermédiaires. Même si nous avons déjà avancé sur le projet, son financement permettra sa poursuite pour comprendre les mécanismes de régulation de la transcription par des facteurs de transcription à [4Fe-4S] et [2Fe-2S].

Coordinateur du projet

Monsieur Anne Volbeda (INSTITUT DE BIOLOGIE STRUCTURALE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IBS INSTITUT DE BIOLOGIE STRUCTURALE

Aide de l'ANR 238 002 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 36 Mois

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