Étude des interactions entre les boucles D et T chez les ARNs de transfert (ARNts)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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.

Identification de caractéristiques communes et rares dans les ARN structurés dans la base de données Rfam

Les ARN non codants (ARNnc) sont des transcrits d'ARN qui ne sont pas traduits en protéines et qui pourtant ont des fonctions clés et variées dans la cellule telles que la régulation des gènes, la transcription et la traduction. Parmi les nombreuses catégories d'ARNnc qui ont été découvertes, on trouve des ARN bien connus tels que les ARN ribosomiques (ARNr), les ARN de transfert (ARNt), les snoARN et les microARN (miARN). Les fonctions des ARNnc sont étroitement liées à leurs structures d’où l’importance de développer des outils de prédiction de structure et des méthodes de recherche de nouveaux ARNnc. Les progrès technologiques ont mis à la disposition des chercheurs des informations abondantes sur les séquences d'ARN. Ces informations sont accessibles dans des bases de données telles que Rfam, qui fournit des alignements et des informations structurelles sur de nombreuses familles d'ARNnc. Dans ce travail, nous avons récupéré toutes les séquences des structures secondaires annotées dans Rfam, telles que les boucles en épingle à cheveux, les boucles internes, les renflements « bulge », etc. dans toutes les familles d'ARNnc. Une base de données locale, RNAstem, a été créée pour faciliter la manipulation et la compilation des données sur les motifs de structure secondaire. Nous avons analysé toutes les boucles terminales et internes ainsi que les « bulges » et nous avons calculé un score d’abondance qui nous a permis d’étudier la fréquence de ces motifs. Tout en minimisant le biais de la surreprésentation de certaines classes d’ARN telles que l’ARN ribosomal, l’analyse des scores a permis de caractériser les motifs rares pour chacune des catégories d’ARN en plus de confirmer des motifs communs comme les boucles de type GNRA ou UNCG. Nous avons identifié des motifs abondants qui n’ont pas été étudiés auparavant tels que la « tetraloop » UUUU. En analysant le contenu de ces motifs en nucléotides, nous avons remarqué que ces régions simples brins contiennent beaucoup plus de nucléotides A et U. Enfin, nous avons exploré la possibilité d’utiliser ces scores pour la conception d’un filtre qui permettrait d’accélérer la recherche de nouveaux ARN non-codants. Nous avons développé un système de scores, RNAscore, qui permet d’évaluer un ARN en se basant sur son contenu en motifs et nous avons testé son applicabilité avec différents types de contrôles.

Évolution structurale et fonctionnelle de la composante ARN de la RNase P mitochondriale

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Approche plurielle à l'étude de la structure tertiaire de l'ARN chez les virus

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Évolution structurale et fonctionnelle de la composante ARN de la RNase P mitochondriale

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Approche plurielle à l'étude de la structure tertiaire de l'ARN chez les virus

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Exploiting the 1,2,3-triazolium motif in anion-templated formation of a bromide-selective rotaxane host assembly

Stimulated by the efficacy of copper (I) catalysed Huisgen-type 1,3-dipolar cycloaddition of terminal alkynes and organic azides to generate 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole derivatives, the importance of ‘click’ chemistry in the synthesis of organic and biological molecular systems is ever increasing.[1] The mild reaction conditions have also led to this reaction gaining favour in the construction of interlocked molecular architectures.[2-4] In the majority of cases however, the triazole group simply serves as a covalent linkage with no function in the resulting organic molecular framework. More recently a renewed interest has been shown in the transition metal coordination chemistry of triazole ligands.[3, 5, 6] In addition novel aryl macrocyclic and acyclic triazole based oligomers have been shown to recognise halide anions via cooperative triazole C5-H….anion hydrogen bonds.[7] In light of this it is surprising the potential anion binding affinity of the positively charged triazolium motif has not, with one notable exception,[8] been investigated. With the objective of manipulating the unique topological cavities of mechanically bonded molecules for anion recognition purposes, we have developed general methods of using anions to template the formation of interpenetrated and interlocked structures.[9-13] Herein we report the first examples of exploiting the 1,2,3-triazolium group in the anion templated formation of pseudorotaxane and rotaxane assemblies. In an unprecedented discovery the bromide anion is shown to be a superior templating reagent to chloride in the synthesis of a novel triazolium axle containing [2]rotaxane. Furthermore the resulting rotaxane interlocked host system exhibits the rare selectivity preference for bromide over chloride...

A three-nucleotide mutation altering the Maize streak virus Rep pRBR-interaction motif reduces symptom severity in maize and partially reverts at high frequency without restoring pRBR-Rep binding

Geminivirus infectivity is thought to depend on interactions between the virus replication-associated proteins Rep or RepA and host retinoblastoma-related proteins (pRBR), which control cell-cycle progression. It was determined that the substitution of two amino acids in the Maize streak virus (MSV) RepA pRBR-interaction motif (LLCNE to LLCLK) abolished detectable RepA-pRBR interaction in yeast without abolishing infectivity in maize. Although the mutant virus was infectious in maize, it induced less severe symptoms than the wild-type virus. Sequence analysis of progeny viral DNA isolated from infected maize enabled detection of a high-frequency single-nucleotide reversion of C(601)A in the 3 nt mutated sequence of the Rep gene. Although it did not restore RepA-pRBR interaction in yeast, sequence-specific PCR showed that, in five out of eight plants, the C(601)A reversion appeared by day 10 post-inoculation. In all plants, the C(601)A revertant eventually completely replaced the original mutant population, indicating a high selection pressure for the single-nucleotide reversion. Apart from potentially revealing an alternative or possibly additional function for the stretch of DNA that encodes the apparently non-essential pRBR-interaction motif of MSV Rep, the consistent emergence and eventual dominance of the C(601)A revertant population might provide a useful tool for investigating aspects of MSV biology, such as replication, mutation and evolution rates, and complex population phenomena, such as competition between quasispecies and population turnover. © 2005 SGM.

RAD51-associated Protein 1 (RAD51AP1) Interacts with the Meiotic Recombinase DMC1 through a Conserved Motif

Homologous recombination (HR) reactions mediated by the RAD51 recombinase are essential for DNA and replication fork repair, genome stability, and tumor suppression. RAD51-associated protein 1 (RAD51AP1) is an important HR factor that associates with and stimulates the recombinase activity of RAD51. We have recently shown that RAD51AP1 also partners with the meiotic recombinase DMC1, displaying isoform-specific interactions with DMC1. Here, we have characterized the DMC1 interaction site in RAD51AP1 by a series of truncations and point mutations to uncover a highly conserved WVPP motif critical for DMC1 interaction but dispensable for RAD51 association. This RAD51AP1 motif is reminiscent of the FVPP motif in the tumor suppressor protein BRCA2 that mediates DMC1 interaction. These results further implicate RAD51AP1 in meiotic HR via RAD51 and DMC1.

Pt(II) bipyridyl complexes bearing substituted fluorenyl motif on the bipyridyl and acetylide ligands : synthesis, photophysics, and reverse saturable absorption

A series of Pt(II) diimine complexes bearing benzothiazolylfluorenyl (BTZ-F8), diphenylaminofluorenyl (NPh2- F8), or naphthalimidylfluorenyl (NI-F8) motifs on the bipyridyl or acetylide ligands (Pt-4−Pt-8), (i.e., {4,4′-bis[7-R1-F8-(≡)n-]bpy}Pt(7- R2-F8- ≡ -)2, where F8 = 9,9′-di(2-ethylhexyl)fluorene, bpy = 2,2′- bipyridine, Pt-4: R1 = R2 = BTZ, n = 0; Pt-5: R1 = BTZ, R2 = NI, n = 0; Pt-6: R1 = R2 = BTZ, n = 1; Pt-7: R1 = BTZ, R2 = NPh2, n = 1; Pt- 8: R1 = NPh2, R2 = BTZ, n = 1) were synthesized. Their ground-state and excited-state properties and reverse saturable absorption performances were systematically investigated. The influence of these motifs on the photophysics of the complexes was investigated by spectroscopic methods and simulated by time-dependent density functional theory (TDDFT). The intense absorption bands below 410 nm for these complexes is assigned to predominantly 1π,π* transitions localized on either the bipyridine or the acetylide ligands; while the broad low-energy absorption bands between 420 and 575 nm are attributed to essentially 1MLCT (metal-to-ligand charge transfer)/ 1LLCT (ligand-to-ligand charge transfer) transitions, likely mixed with some 1ILCT (intraligand charge transfer) transition for Pt-4−Pt-7, and predominantly 1ILCT transition admixing with minor 1MLCT/1LLCT characters for Pt-8. The different substituents on the acetylide and bipyridyl ligands, and the degrees of π-conjugation in the bipyridyl ligand influence both the 1π,π* and charge transfer transitions pronouncedly. All complexes are emissive at room temperature. Upon excitation at their respective absorption band maxima, Pt-4, Pt-6, and Pt-8 exhibit acetylide ligand localized 1π,π* fluorescence and 3MLCT/3LLCT phosphorescence in CH2Cl2, while Pt-5 manifests 1ILCT fluorescence and 3ILCT phosphorescence. However, only 1LLCT fluorescence was observed for Pt-7 at room temperature. The nanosecond transient absorption study was carried out for Pt-4−Pt-8 in CH3CN. Except for Pt-7 that contains NPh2 at the acetylide ligands, Pt-4−Pt-6 and Pt-8 all exhibit weak to moderate excited-state absorption in the visible spectral region. Reverse saturable absorption (RSA) of these complexes was demonstrated at 532 nm using 4.1 ns laser pulses in a 2 mm cuvette. The strength of RSA follows this trend: Pt-4 > Pt-5 > Pt-7 > Pt-6 > Pt-8. Incorporation of electron-donating substituent NPh2 on the bipyridyl ligand significantly decreases the RSA, while shorter π-conjugation in the bipyridyl ligand increases the RSA. Therefore, the substituent at either the acetylide ligands or the bipyridyl ligand could affect the singlet and triplet excited-state characteristics significantly, which strongly influences the RSA efficiency.

Solid state stacked trimers of 1,10-phenanthroline in a supramolecular tubular motif of C-methyl calix[4]resorcinarene

The self-assembly of bidentate ligand, 1,10-phenanthroline with C-methyl calix[4]resorcinarene (CMCR) in presence of coumarin results in a unique trimer stacking arrangement of phenanthroline molecules in a nanotubular motif generated by the supramolecular assembly of the host.