RNA recurrent motifs : identification and characterization

La détermination de la structure tertiaire du ribosome fut une étape importante dans la compréhension du mécanisme de la synthèse des protéines. Par contre, l’élucidation de la structure du ribosome comme tel ne permet pas une compréhension de sa fonction. Pour mieux comprendre la nature des relations entre la structure et la fonction du ribosome, sa structure doit être étudiée de manière systématique. Au cours des dernières années, nous avons entrepris une démarche systématique afin d’identifier et de caractériser de nouveaux motifs structuraux qui existent dans la structure du ribosome et d’autres molécules contenant de l’ARN. L’analyse de plusieurs exemples d’empaquetage de deux hélices d’ARN dans la structure du ribosome nous a permis d’identifier un nouveau motif structural, nommé « G-ribo ». Dans ce motif, l’interaction d’une guanosine dans une hélice avec le ribose d’un nucléotide d’une autre hélice donne naissance à un réseau d’interactions complexes entre les nucléotides voisins. Le motif G-ribo est retrouvé à 8 endroits dans la structure du ribosome. La structure du G-ribo possède certaines particularités qui lui permettent de favoriser la formation d’un certain type de pseudo-nœuds dans le ribosome. L’analyse systématique de la structure du ribosome et de la ARNase P a permis d’identifier un autre motif structural, nommé « DTJ » ou « Double-Twist Joint motif ». Ce motif est formé de trois courtes hélices qui s’empilent l’une sur l’autre. Dans la zone de contact entre chaque paire d’hélices, deux paires de bases consécutives sont surenroulées par rapport à deux paires de bases consécutives retrouvées dans l’ARN de forme A. Un nucléotide d’une paire de bases est toujours connecté directement à un nucléotide de la paire de bases surenroulée, tandis que les nucléotides opposés sont connectés par un ou plusieurs nucléotides non appariés. L’introduction d’un surenroulement entre deux paires de bases consécutives brise l’empilement entre les nucléotides et déstabilise l’hélice d’ARN. Dans le motif DTJ, les nucléotides non appariés qui lient les deux paires de bases surenroulées interagissent avec une des trois hélices qui forment le motif, offrant ainsi une stratégie élégante de stabilisation de l’arrangement. Pour déterminer les contraintes de séquences imposées sur la structure tertiaire d’un motif récurrent dans le ribosome, nous avons développé une nouvelle approche expérimentale. Nous avons introduit des librairies combinatoires de certains nucléotides retrouvés dans des motifs particuliers du ribosome. Suite à l’analyse des séquences alternatives sélectionnées in vivo pour différents représentants d’un motif, nous avons été en mesure d’identifier les contraintes responsables de l’intégrité d’un motif et celles responsables d’interactions avec les éléments qui forment le contexte structural du motif. Les résultats présentés dans cette thèse élargissent considérablement notre compréhension des principes de formation de la structure d’ARN et apportent une nouvelle façon d’identifier et de caractériser de nouveaux motifs structuraux d’ARN.

Quantification de la relation séquence-activité de l’ARN par prédiction de structure tridimensionnelle

Dans un premier temps, nous avons modélisé la structure d’une famille d’ARN avec une grammaire de graphes afin d’identifier les séquences qui en font partie. Plusieurs autres méthodes de modélisation ont été développées, telles que des grammaires stochastiques hors-contexte, des modèles de covariance, des profils de structures secondaires et des réseaux de contraintes. Ces méthodes de modélisation se basent sur la structure secondaire classique comparativement à nos grammaires de graphes qui se basent sur les motifs cycliques de nucléotides. Pour exemplifier notre modèle, nous avons utilisé la boucle E du ribosome qui contient le motif Sarcin-Ricin qui a été largement étudié depuis sa découverte par cristallographie aux rayons X au début des années 90. Nous avons construit une grammaire de graphes pour la structure du motif Sarcin-Ricin et avons dérivé toutes les séquences qui peuvent s’y replier. La pertinence biologique de ces séquences a été confirmée par une comparaison des séquences d’un alignement de plus de 800 séquences ribosomiques bactériennes. Cette comparaison a soulevée des alignements alternatifs pour quelques unes des séquences que nous avons supportés par des prédictions de structures secondaires et tertiaires. Les motifs cycliques de nucléotides ont été observés par les membres de notre laboratoire dans l'ARN dont la structure tertiaire a été résolue expérimentalement. Une étude des séquences et des structures tertiaires de chaque cycle composant la structure du Sarcin-Ricin a révélé que l'espace des séquences dépend grandement des interactions entre tous les nucléotides à proximité dans l’espace tridimensionnel, c’est-à-dire pas uniquement entre deux paires de bases adjacentes. Le nombre de séquences générées par la grammaire de graphes est plus petit que ceux des méthodes basées sur la structure secondaire classique. Cela suggère l’importance du contexte pour la relation entre la séquence et la structure, d’où l’utilisation d’une grammaire de graphes contextuelle plus expressive que les grammaires hors-contexte. Les grammaires de graphes que nous avons développées ne tiennent compte que de la structure tertiaire et négligent les interactions de groupes chimiques spécifiques avec des éléments extra-moléculaires, comme d’autres macromolécules ou ligands. Dans un deuxième temps et pour tenir compte de ces interactions, nous avons développé un modèle qui tient compte de la position des groupes chimiques à la surface des structures tertiaires. L’hypothèse étant que les groupes chimiques à des positions conservées dans des séquences prédéterminées actives, qui sont déplacés dans des séquences inactives pour une fonction précise, ont de plus grandes chances d’être impliqués dans des interactions avec des facteurs. En poursuivant avec l’exemple de la boucle E, nous avons cherché les groupes de cette boucle qui pourraient être impliqués dans des interactions avec des facteurs d'élongation. Une fois les groupes identifiés, on peut prédire par modélisation tridimensionnelle les séquences qui positionnent correctement ces groupes dans leurs structures tertiaires. Il existe quelques modèles pour adresser ce problème, telles que des descripteurs de molécules, des matrices d’adjacences de nucléotides et ceux basé sur la thermodynamique. Cependant, tous ces modèles utilisent une représentation trop simplifiée de la structure d’ARN, ce qui limite leur applicabilité. Nous avons appliqué notre modèle sur les structures tertiaires d’un ensemble de variants d’une séquence d’une instance du Sarcin-Ricin d’un ribosome bactérien. L’équipe de Wool à l’université de Chicago a déjà étudié cette instance expérimentalement en testant la viabilité de 12 variants. Ils ont déterminé 4 variants viables et 8 létaux. Nous avons utilisé cet ensemble de 12 séquences pour l’entraînement de notre modèle et nous avons déterminé un ensemble de propriétés essentielles à leur fonction biologique. Pour chaque variant de l’ensemble d’entraînement nous avons construit des modèles de structures tertiaires. Nous avons ensuite mesuré les charges partielles des atomes exposés sur la surface et encodé cette information dans des vecteurs. Nous avons utilisé l’analyse des composantes principales pour transformer les vecteurs en un ensemble de variables non corrélées, qu’on appelle les composantes principales. En utilisant la distance Euclidienne pondérée et l’algorithme du plus proche voisin, nous avons appliqué la technique du « Leave-One-Out Cross-Validation » pour choisir les meilleurs paramètres pour prédire l’activité d’une nouvelle séquence en la faisant correspondre à ces composantes principales. Finalement, nous avons confirmé le pouvoir prédictif du modèle à l’aide d’un nouvel ensemble de 8 variants dont la viabilité à été vérifiée expérimentalement dans notre laboratoire. En conclusion, les grammaires de graphes permettent de modéliser la relation entre la séquence et la structure d’un élément structural d’ARN, comme la boucle E contenant le motif Sarcin-Ricin du ribosome. Les applications vont de la correction à l’aide à l'alignement de séquences jusqu’au design de séquences ayant une structure prédéterminée. Nous avons également développé un modèle pour tenir compte des interactions spécifiques liées à une fonction biologique donnée, soit avec des facteurs environnants. Notre modèle est basé sur la conservation de l'exposition des groupes chimiques qui sont impliqués dans ces interactions. Ce modèle nous a permis de prédire l’activité biologique d’un ensemble de variants de la boucle E du ribosome qui se lie à des facteurs d'élongation.

Structural rules for the formation of backbone-backbone interactions between closely packed RNA double helices

Les interactions entre les squelettes sucre-phosphate de nucléotides jouent un rôle important dans la stabilisation des structures tertiaires de larges molécules d’ARN. Elles sont régies par des règles particulières qui gouverne leur formation mais qui jusque là demeure quasiment inconnues. Un élément structural d’ARN pour lequel les interactions sucre-phosphate sont importantes est le motif d’empaquetage de deux doubles hélices d’ARN le long du sillon mineur. Ce motif se trouve à divers endroits dans la structure du ribosome. Il consiste en deux doubles hélices interagissant de manière à ce que le squelette sucre-phosphate de l’une se niche dans le sillon mineur de l’autre et vice versa. La surface de contact entre les deux hélices est majoritairement formée par les riboses et implique au total douze nucléotides. La présente thèse a pour but d’analyser la structure interne de ce motif et sa dépendance de stabilité résultant de l’association optimale ou non des hélices, selon leurs séquences nucléotidiques. Il est démontré dans cette thèse qu’un positionnement approprié des riboses leur permet de former des contacts inter-hélices, par l’entremise d’un choix particulier de l’identité des pairs de bases impliquées. Pour différentes pairs de bases participant à ce contact inter-hélices, l’identité optimale peut être du type Watson-Crick, GC/CG, or certaines pairs de bases non Watson-Crick. Le choix adéquat de paires de bases fournit une interaction inter-hélice stable. Dans quelques cas du motif, l’identité de certaines paires de bases ne correspond pas à la structure la plus stable, ce qui pourrait refléter le fait que ces motifs devraient avoir une liberté de formation et de déformation lors du fonctionnement du ribosome.

The conformation of the mature dimeric human immunodeficiency virus type 1 RNA genome requires packaging of pol protein

The packaging of a mature dimeric RNA genome is an essential step in human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) replication. We have previously shown that overexpression of a protease (PR)-inactive HIV-1 Gag-Pro-Pol precursor protein generates noninfectious virions that contain mainly monomeric RNA (M. Shehu-Xhilaga, S. M. Crowe, and J. Mak, J. Virol. 75:1834-1841, 2001). To further define the contribution of HIV-1 Gag and Gag-Pro-Pol to RNA maturation, we analyzed virion RNA dimers derived from Gag particles in the absence of Gag-Pro-Pol. Compared to wild-type (WT) dimeric RNAs, these RNA dimers have altered mobility and low stability under electrophoresis conditions, suggesting that the HIV-1 Gag precursor protein alone is not sufficient to stabilize the dimeric virion RNA structure. The inclusion of an active viral PR, without reverse transcriptase (RT) and integrase (IN), rescued the stability of the virion RNA dimers in the Gag particles but did not restore the mobility of the RNAs, suggesting that RT and IN are also required for virion RNA dimer maturation. Thin-section electron microscopy showed that viral particles deficient in RT and IN contain empty cone-shaped cores. The abnormal core structure indicates a requirement for Gag-Pro-Pol packaging during core maturation. Supplementing viral particles with either RT or IN via Vpr-RT or Vpr-IN alone did not correct the conformation of the dimer RNAs, whereas expression of both RT and IN in trans as a Vpr-RT-IN fusion restored RNA dimer conformation to that of the WT virus and also restored the electron-dense, cone-shaped virion core characteristic of WT virus. Our data suggest a role for RT-IN in RNA dimer conformation and the formation of the electron-dense viral core.

Riboregulation in Escherichia coli: DsrA RNA acts by RNA:RNA interactions at multiple loci

DsrA is an 87-nt untranslated RNA that regulates both the global transcriptional silencer and nucleoid protein H-NS and the stationary phase and stress response sigma factor RpoS (σs). We demonstrate that DsrA acts via specific RNA:RNA base pairing interactions at the hns locus to antagonize H-NS translation. We also give evidence that supports a role for RNA:RNA interactions at the rpoS locus to enhance RpoS translation. Negative regulation of hns by DsrA is achieved by the RNA:RNA interaction blocking translation of hns RNA. In contrast, results suggest that positive regulation of rpoS by DsrA occurs by formation of an RNA structure that activates a cis-acting translational operator. Sequences within DsrA complementary to three additional genes, argR, ilvIH, and rbsD, suggest that DsrA is a riboregulator of gene expression that acts coordinately via RNA:RNA interactions at multiple loci.

Specific binding of RNA polymerase II to the human immunodeficiency virus trans-activating region RNA is regulated by cellular cofactors and Tat.

The regulation of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) gene expression in response to Tat is dependent on an element downstream of the HIV-1 transcriptional initiation site designated the trans-activating region (TAR). TAR forms a stable stem-loop RNA structure in which a 3-nt bulge structure and a 6-nt loop structure are important for Tat activation. In the absence of Tat, the HIV-1 promoter generates so-called short or nonprocessive transcripts terminating at +60, while in the presence of Tat the synthesis of these short transcripts is markedly decreased and transcripts that extend through the 9.0-kb HIV-1 genome are synthesized. Tat effects on transcriptional elongation are likely due to alterations in the elongation properties of RNA polymerase II. In this study we demonstrated that a set of cellular cofactors that modulate the binding of the cellular protein TRP-185 to the TAR RNA loop sequences also functioned to markedly stimulate the specific binding of hypophosphorylated (IIa) and hyperphosphorylated (IIo) RNA polymerase II to TAR RNA. The concentrations of RNA polymerase II required for this interaction with TAR RNA were similar to those required to initiate in vitro transcription from the HIV-1 long terminal repeat. RNA gel retardation analysis with wild-type and mutant TAR RNAs indicated that the TAR RNA loop and bulge sequences were critical for the binding of RNA polymerase II. The addition of wild-type but not mutant Tat protein to gel retardation analysis with TAR RNA and RNA polymerase II resulted in the loss of binding of RNA polymerase II binding to TAR RNA. These results suggest that Tat may function to alter RNA polymerase II, which is paused due to its binding to HIV-1 TAR RNA with resultant stimulation of its transcriptional elongation properties.

Modulation of Translation Efficiency in S. cerevisiae by Codon Pairs and mRNA Structure

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Heterologous RNA encapsidated in pariacoto virus-like particles forms a dodecahedral cage similar to genomic RNA in wild-type virions

The genome of some icosahedral RNA viruses plays an essential role in capsid assembly and structure. In T=3 particles of the nodavirus Pariacoto virus (PaV), a remarkable 35% of the single-stranded RNA genome is icosahedrally ordered. This ordered RNA can be visualized at high resolution by X-ray crystallography as a dodecahedral cage consisting of 30 24-nucleotide A-form RNA duplex segments that each underlie a twofold icosahedral axis of the virus particle and interact extensively with the basic N-terminal region of 60 subunits of the capsid protein. To examine whether the PaV genome is a specific determinant of the RNA structure, we produced virus-like particles (VLPs) by expressing the wild-type capsid protein open reading frame from a recombinant baculovirus. VLPs produced by this system encapsidated similar total amounts of RNA as authentic virus particles, but only about 6% of this RNA was PaV specific, the rest being of cellular or baculovirus origin. Examination of the VLPs by electron cryomicroscopy and image reconstruction at 15.4-Angstrom resolution showed that the encapsidated RNA formed a dodecahedral cage similar to that of wild-type particles. These results demonstrate that the specific nucleotide sequence of the PaV genome is not required to form the dodecahedral cage of ordered RNA.

STRUCTURAL ANALYSIS OF RIBOSOME BINDING ELEMENTS OF THE 3´ UTR IN TWO POSITIVE-STRAND PLANT RNA VIRUSES

Turnip crinkle virus (TCV) and Pea enation mosaic virus (PEMV) are two positive (+)-strand RNA viruses that are used to investigate the regulation of translation and replication due to their small size and simple genomes. Both viruses contain cap-independent translation elements (CITEs) within their 3´ untranslated regions (UTRs) that fold into tRNA-shaped structures (TSS) according to nuclear magnetic resonance and small angle x-ray scattering analysis (TCV) and computational prediction (PEMV). Specifically, the TCV TSS can directly associate with ribosomes and participates in RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) binding. The PEMV kissing-loop TSS (kl-TSS) can simultaneously bind to ribosomes and associate with the 5´ UTR of the viral genome. Mutational analysis and chemical structure probing methods provide great insight into the function and secondary structure of the two 3´ CITEs. However, lack of 3-D structural information has limited our understanding of their functional dynamics. Here, I report the folding dynamics for the TCV TSS using optical tweezers (OT), a single molecule technique. My study of the unfolding/folding pathways for the TCV TSS has provided an unexpected unfolding pathway, confirmed the presence of Ψ3 and hairpin elements, and suggested an interconnection between the hairpins and pseudoknots. In addition, this study has demonstrated the importance of the adjacent upstream adenylate-rich sequence for the formation of H4a/Ψ3 along with the contribution of magnesium to the stability of the TCV TSS. In my second project, I report on the structural analysis of the PEMV kl-TSS using NMR and SAXS. This study has re-confirmed the base-pair pattern for the PEMV kl-TSS and the proposed interaction of the PEMV kl-TSS with its interacting partner, hairpin 5H2. The molecular envelope of the kl-TSS built from SAXS analysis suggests the kl-TSS has two functional conformations, one of which has a different shape from the previously predicted tRNA-shaped form. Along with applying biophysical methods to study the structural folding dynamics of RNAs, I have also developed a technique that improves the production of large quantities of recombinant RNAs in vivo for NMR study. In this project, I report using the wild-type and mutant E.coli strains to produce cost-effective, site-specific labeled, recombinant RNAs. This technique was validated with four representative RNAs of different sizes and complexity to produce milligram amounts of RNAs. The benefit of using site-specific labeled RNAs made from E.coli was demonstrated with several NMR techniques.

The conformational landscape of RNA translational regulators and their potential as drug discovery targets

RNA is an underutilized target for drug discovery. Once thought to be a passive carrier of genetic information, RNA is now known to play a critical role in essentially all aspects of biology including signaling, gene regulation, catalysis, and retroviral infection. It is now well-established that RNA does not exist as a single static structure, but instead populates an ensemble of energetic minima along a free-energy landscape. Knowledge of this structural landscape has become an important goal for understanding its diverse biological functions. In this case, NMR spectroscopy has emerged as an important player in the characterization of RNA structural ensembles, with solution-state techniques accounting for almost half of deposited RNA structures in the PDB, yet the rate of RNA structure publication has been stagnant over the past decade. Several bottlenecks limit the pace of RNA structure determination by NMR: the high cost of isotopic labeling, tedious and ambiguous resonance assignment methods, and a limited database of RNA optimized pulse programs. We have addressed some of these challenges to NMR characterization of RNA structure with applications to various RNA-drug targets. These approaches will increasingly become integral to designing new therapeutics targeting RNA.

Alternate Conformations Regulate Ribosomal Recoding in a Positive-sense RNA Virus

Positive-sense RNA viruses are important animal, plant, insect and bacteria pathogens and constitute the largest group of RNA viruses. Due to the relatively small size of their genomes, these viruses have evolved a variety of non-canonical translation mechanisms to optimize coding capacity expanding their proteome diversity. One such strategy is codon redefinition or recoding. First described in viruses, recoding is a programmed translation event in which codon alterations are context dependent. Recoding takes place in a subset of messenger RNA (mRNAs) with some products reflecting new, and some reflecting standard, meanings. The ratio between the two is both critical and highly regulated. While a variety of recoding mechanisms have been documented, (ribosome shunting, stop-carry on, termination-reinitiation, and translational bypassing), the two most extensively employed by RNA viruses are Programmed Ribosomal Frameshifting (PRF) and Programmed Ribosomal Readthrough (PRT). While both PRT and PRF subvert normal decoding for expression of C-terminal extension products, the former involves an alteration of reading frame, and the latter requires decoding of a non-sense codon. Both processes occur at a low but defined frequency, and both require Recoding Stimulatory Elements (RSE) for regulation and optimum functionality. These stimulatory signals can be embedded in the RNA in the form of sequence or secondary structure, or trans-acting factors outside the mRNA such as proteins or micro RNAs (miRNA). Despite 40+ years of study, the precise mechanisms by which viral RSE mediate ribosome recoding for the synthesis of their proteins, or how the ratio of these products is maintained, is poorly defined. This study reveals that in addition to a long distance RNA:RNA interaction, three alternate conformations and a phylogenetically conserved pseudoknot regulate PRT in the carmovirus Turnip crinkle virus (TCV).

Identification of a novel FGFRL1 MicroRNA target site polymorphism for bone mineral density in meta-analyses of genome-wide association studies

MicroRNAs (miRNAs) are critical post-transcriptional regulators. Based on a previous genome-wide association (GWA) scan, we conducted a polymorphism in microRNAs' Target Sites (poly-miRTS)-centric multistage meta-analysis for lumbar spine (LS)-, total hip (HIP)-, and femoral neck (FN)-bone mineral density (BMD). In stage I, 41,102 poly-miRTSs were meta-analyzed in 7 cohorts with a genome-wide significance (GWS) α=0.05/41,102=1.22×10-6. By applying α=5×10-5 (suggestive significance), 11 poly-miRTSs were selected, with FGFRL1 rs4647940 and PRR5 rs3213550 as top signals for FN-BMD (P-value=7.67×10-6 and 1.58×10-5) in gender-combined sample. In stage II in silico replication (two cohorts), FGFRL1 rs4647940 was the only signal marginally replicated for FN-BMD (P-value=5.08×10-3) at α=0.10/11=9.09×10-3. PRR5 rs3213550 was also selected based on biological significance. In stage III de novo genotyping replication (two cohorts), FGFRL1 rs4647940 was the only signal significantly replicated for FN-BMD (P-value=7.55×10-6) at α=0.05/2=0.025 in gender-combined sample. Aggregating three stages, FGFRL1 rs4647940 was the single stage I-discovered and stages II- and III-replicated signal attaining GWS for FN-BMD (P-value=8.87×10-12). Dual-luciferase reporter assays demonstrated that FGFRL1 3' untranslated region harboring rs4647940 appears to be hsa-miR-140-5p's target site. In a zebrafish microinjection experiment, dre-miR-140-5p is shown to exert a dramatic impact on craniofacial skeleton formation. Taken together, we provided functional evidence for a novel FGFRL1 poly-miRTS rs4647940 in a previously known 4p16.3 locus, and experimental and clinical genetics studies have shown both FGFRL1 and hsa-miR-140-5p are important for bone formation. © The Author 2015. Published by Oxford University Press. All rights reserved.

The topological configuration and conformational analysis of mRNA in translation

The theoretical model construction of mRNA hairpin structure and single-stranded structure as well as the simulation studies on RNA structure determined by the X-ray crystal diffraction and nuclear magnetic resonance revealed that in translation, after mRNA being unfolded into single-stranded structure, its topological configuration was closely correlative with the original hairpin structure. The conformational features of single-stranded mRNA appeared as helical regions alternating with curly regions to different extents, which might exert the influence on the folding of nascent polypeptide by various regulating effects including different translational rates.

Le motif d’empaquetage le long du sillon: une nouvelle entité structurale récurrente dans les ARN ribosomiques

La plupart des molécules d’ARN doivent se replier en structure tertiaire complexe afin d’accomplir leurs fonctions biologiques. Cependant, les déterminants d’une chaîne de polynucléotides qui sont nécessaires à son repliement et à ses interactions avec d’autres éléments sont essentiellement inconnus. L’établissement des relations structure-fonction dans les grandes molécules d’ARN passe inévitablement par l’analyse de chaque élément de leur structure de façon individuelle et en contexte avec d’autres éléments. À l’image d’une construction d’immeuble, une structure d’ARN est composée d’unités répétitives assemblées de façon spécifique. Les motifs récurrents d’ARN sont des arrangements de nucléotides retrouvés à différents endroits d’une structure tertiaire et possèdent des conformations identiques ou très similaires. Ainsi, une des étapes nécessaires à la compréhension de la structure et de la fonction des molécules d’ARN consiste à identifier de façon systématique les motifs récurrents et d’en effectuer une analyse comparative afin d’établir la séquence consensus. L’analyse de tous les cas d’empaquetage de doubles hélices dans la structure du ribosome a permis l’identification d’un nouvel arrangement nommé motif d’empaquetage le long du sillon (AGPM) (along-groove packing motif). Ce motif est retrouvé à 14 endroits dans la structure du ribosome de même qu’entre l’ARN ribosomique 23S et les molécules d’ARN de transfert liées aux sites ribosomaux P et E. Le motif se forme par l’empaquetage de deux doubles hélices via leur sillon mineur. Le squelette sucre-phosphate d’une hélice voyage le long du sillon mineur de l’autre hélice et vice versa. Dans chacune des hélices, la région de contact comprend quatre paires de bases. L’empaquetage le plus serré est retrouvé au centre de l’arrangement où l’on retrouve souvent une paire de bases GU dans une hélice interagissant avec une paire de bases Watson-Crick (WC) dans l’autre hélice. Même si la présence des paires de bases centrales GU versus WC au centre du motif augmente sa stabilité, d’autres alternatives existent pour différents représentants du motif. L’analyse comparative de trois librairies combinatoires de gènes d’AGPM, où les paires de bases centrales ont été variées de manière complètement aléatoire, a montré que le contexte structural influence l’étendue de la variabilité des séquences de nucléotides formant les paires de bases centrales. Le fait que l’identité des paires de bases centrales puisse varier suggérait la présence d’autres déterminants responsables au maintien de l’intégrité du motif. L’analyse de tous les contacts entre les hélices a révélé qu’en dehors du centre du motif, les interactions entre les squelettes sucre-phosphate s’effectuent via trois contacts ribose-ribose. Pour chacun de ces contacts, les riboses des nucléotides qui interagissent ensemble doivent adopter des positions particulières afin d’éviter qu’ils entrent en collision. Nous montrons que la position de ces riboses est modulée par des conformations spécifiques des paires de bases auxquelles ils appartiennent. Finalement, un autre motif récurrent identifié à l’intérieur même de la structure de trois cas d’AGPM a été nommé « adenosine-wedge ». Son analyse a révélé que ce dernier est lui-même composé d’un autre arrangement, nommé motif triangle-NAG (NAG-triangle). Nous montrons que le motif « adenosine-wedge » représente un arrangement complexe d’ARN composé de quatre éléments répétitifs, c’est-à-dire des motifs AGPM, « hook-turn », « A-minor » et triangle-NAG. Ceci illustre clairement l’arrangement hiérarchique des structures d’ARN qui peut aussi être observé pour d’autres motifs d’ARN. D’un point de vue plus global, mes résultats enrichissent notre compréhension générale du rôle des différents types d’interactions tertiaires dans la formation des molécules d’ARN complexes.