Structural aspects of the ribosome evolution and function

Les résultats ont été obtenus avec le logiciel "Insight-2" de Accelris (San Diego, CA)

Automated tertiary structure prediction with accurate local model quality assessment using the IntFOLD-TS method

The IntFOLD-TS method was developed according to the guiding principle that the model quality assessment would be the most critical stage for our template based modelling pipeline. Thus, the IntFOLD-TS method firstly generates numerous alternative models, using in-house versions of several different sequence-structure alignment methods, which are then ranked in terms of global quality using our top performing quality assessment method – ModFOLDclust2. In addition to the predicted global quality scores, the predictions of local errors are also provided in the resulting coordinate files, using scores that represent the predicted deviation of each residue in the model from the equivalent residue in the native structure. The IntFOLD-TS method was found to generate high quality 3D models for many of the CASP9 targets, whilst also providing highly accurate predictions of their per-residue errors. This important information may help to make the 3D models that are produced by the IntFOLD-TS method more useful for guiding future experimental work

Structure and function in rhodopsin: Packing of the helices in the transmembrane domain and folding to a tertiary structure in the intradiscal domain are coupled*

A previous study of the retinitis pigmentosa mutation L125R and two designed mutations at this site, L125A and L125F, showed that these mutations cause partial or total misfolding of the opsins expressed in COS cells from the corresponding mutant opsin genes. We now report on expression and characterization of the opsins from the following retinitis pigmentosa mutants in the transmembrane domain of rhodopsin that correspond to six of the seven helices: G51A and G51V (helix A), G89D (helix B), A164V (helix D), H211P (helix E), P267L and P267R (helix F), and T297R (helix G). All the mutations caused partial misfolding of the opsins as observed by the UV/visible absorption characteristics and by separation of the expressed opsins into fractions that bound 11-cis-retinal to form the corresponding mutant rhodopsins and those that did not bind 11-cis-retinal. Further, all the mutant rhodopsins prepared from the above mutants, except for G51A, showed strikingly abnormal bleaching behavior with abnormal metarhodopsin II photointermediates. The results show that retinitis pigmentosa mutations in every one of the transmembrane helices can cause misfolding of the opsin. Therefore, on the basis of these and previous results, we conclude that defects in the packing of the transmembrane helices resulting from these mutations are relayed to the intradiscal domain, where they cause misfolding of the opsin by inducing the formation of a disulfide bond other than the native Cys-110—Cys-187 disulfide bond. Thus, there is coupling between packing of the helices in the transmembrane domain and folding to a tertiary structure in the intradiscal domain.

Conformational changes in tertiary structure near the ligand binding site of an integrin I domain

For efficient ligand binding, integrins must be activated. Specifically, a conformational change has been proposed in a ligand binding domain present within some integrins, the inserted (I) domain [Lee, J., Bankston, L., Arnaout, M. & Liddington, R. C. (1995) Structure (London) 3, 1333–1340]. This proposal remains controversial, however, despite extensive crystal structure studies on the I domain [Lee, J., Bankston, L., Arnaout, M. & Liddington, R. C. (1995) Structure (London) 3, 1333–1340; Liddington, R. & Bankston, L. (1998) Structure (London) 6, 937–938; Qu, A. & Leahy, D. J. (1996) Structure (London) 4, 931–942; and Baldwin, E. T., Sarver, R. W., Bryant, G. L., Jr., Curry, K. A., Fairbanks, M. B., Finzel, B. C., Garlick, R. L., Heinrikson, R. L., Horton, N. C. & Kelly, L. L. (1998) Structure (London) 6, 923–935]. By defining the residues present in the epitope of a mAb against the human Mac-1 integrin (αMβ2, CD11b/CD18) that binds only the active receptor, we provide biochemical evidence that the I domain itself undergoes a conformational change with activation. This mAb, CBRM1/5, binds the I domain very close to the ligand binding site in a region that is widely exposed regardless of activation as judged by reactivity with other antibodies. The conformation of the epitope differs in two crystal forms of the I domain, previously suggested to represent active and inactive receptor. Our data suggests that conformational differences in the I domain are physiologically relevant and not merely a consequence of different crystal lattice interactions. We also demonstrate that the transition between the two conformational states depends on species-specific residues at the bottom of the I domain, which are proposed to be in an interface with another integrin domain, and that this transition correlates with functional activity.

A novel site of antibiotic action in the ribosome: Interaction of evernimicin with the large ribosomal subunit

Evernimicin (Evn), an oligosaccharide antibiotic, interacts with the large ribosomal subunit and inhibits bacterial protein synthesis. RNA probing demonstrated that the drug protects a specific set of nucleotides in the loops of hairpins 89 and 91 of 23S rRNA in bacterial and archaeal ribosomes. Spontaneous Evn-resistant mutants of Halobacterium halobium contained mutations in hairpins 89 and 91 of 23S rRNA. In the ribosome tertiary structure, rRNA residues involved in interaction with the drug form a tight cluster that delineates the drug-binding site. Resistance mutations in the bacterial ribosomal protein L16, which is shown to be homologous to archaeal protein L10e, cluster to the same region as the rRNA mutations. The Evn-binding site overlaps with the binding site of initiation factor 2. Evn inhibits activity of initiation factor 2 in vitro, suggesting that the drug interferes with formation of the 70S initiation complex. The site of Evn binding and its mode of action are distinct from other ribosome-targeted antibiotics. This antibiotic target site can potentially be used for the development of new antibacterial drugs.

Tertiary structure of an amyloid immunoglobulin light chain protein: a proposed model for amyloid fibril formation.

An immunoglobulin light chain protein was isolated from the urine of an individual (BRE) with systemic amyloidosis. Complete amino acid sequence of the variable region of the light chain (VL) protein established it as a kappa I, which when compared with other kappa I amyloid associated proteins had unique residues, including Ile-34, Leu-40, and Tyr-71. To study the tertiary structure, BRE VL was expressed in Escherichia coli by using a PCR product amplified from the patient BRE's bone marrow DNA. The PCR product was ligated into pCZ11, a thermal-inducible replication vector. Recombinant BRE VL was isolated, purified to homogeneity, and crystallized by using ammonium sulfate as the precipitant. Two crystal forms were obtained. In crystal form I the BRE VL kappa domain crystallizes as a dimer with unit cell constants isomorphous to previously published kappa protein structures. Comparison with a nonamyloid VL kappa domain from patient REI, identified significant differences in position of residues in the hypervariable segments plus variations in framework region (FR) segments 40-46 (FR2) and 66-67 (FR3). In addition, positional differences can be seen along the two types of local diads, corresponding to the monomer-monomer and dimer-dimer interfaces. From the packing diagram, a model for the amyloid light chain (AL) fibril is proposed based on a pseudohexagonal spiral structure with a rise of approximately the width of two dimers per 360 degree turn. This spiral structure could be consistent with the dimensions of amyloid fibrils as determined by electron microscopy.

Phocid seal leptin: tertiary structure and hydrophobic receptor binding site preservation during distinct leptin gene evolution

The cytokine hormone leptin is a key signalling molecule in many pathways that control physiological functions. Although leptin demonstrates structural conservation in mammals, there is evidence of positive selection in primates, lagomorphs and chiropterans. We previously reported that the leptin genes of the grey and harbour seals (phocids) have significantly diverged from other mammals. Therefore we further investigated the diversification of leptin in phocids, other marine mammals and terrestrial taxa by sequencing the leptin genes of representative species. Phylogenetic reconstruction revealed that leptin diversification was pronounced within the phocid seals with a high dN/dS ratio of 2.8, indicating positive selection. We found significant evidence of positive selection along the branch leading to the phocids, within the phocid clade, but not over the dataset as a whole. Structural predictions indicate that the individual residues under selection are away from the leptin receptor (LEPR) binding site. Predictions of the surface electrostatic potential indicate that phocid seal leptin is notably different to other mammalian leptins, including the otariids. Cloning the grey seal leptin binding domain of LEPR confirmed that this was structurally conserved. These data, viewed in toto, support a hypothesis that phocid leptin divergence is unlikely to have arisen by random mutation. Based upon these phylogenetic and structural assessments, and considering the comparative physiology and varying life histories among species, we postulate that the unique phocid diving behaviour has produced this selection pressure. The Phocidae includes some of the deepest diving species, yet have the least modified lung structure to cope with pressure and volume changes experienced at depth. Therefore, greater surfactant production is required to facilitate rapid lung re-inflation upon surfacing, while maintaining patent airways. We suggest that this additional surfactant requirement is met by the leptin pulmonary surfactant production pathway which normally appears only to function in the mammalian foetus.

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.

The C-terminal Region Of The Human P23 Chaperone Modulates Its Structure And Function.

The p23 protein is a chaperone widely involved in protein homeostasis, well known as an Hsp90 co-chaperone since it also controls the Hsp90 chaperone cycle. Human p23 includes a β-sheet domain, responsible for interacting with Hsp90; and a charged C-terminal region whose function is not clear, but seems to be natively unfolded. p23 can undergo caspase-dependent proteolytic cleavage to form p19 (p231-142), which is involved in apoptosis, while p23 has anti-apoptotic activity. To better elucidate the function of the human p23 C-terminal region, we studied comparatively the full-length human p23 and three C-terminal truncation mutants: p23₁₋₁₁₇; p23₁₋₁₃₁ and p23₁₋₁₄₂. Our data indicate that p23 and p19 have distinct characteristics, whereas the other two truncations behave similarly, with some differences to p23 and p19. We found that part of the C-terminal region can fold in an α-helix conformation and slightly contributes to p23 thermal-stability, suggesting that the C-terminal interacts with the β-sheet domain. As a whole, our results suggest that the C-terminal region of p23 is critical for its structure-function relationship. A mechanism where the human p23 C-terminal region behaves as an activation/inhibition module for different p23 activities is proposed.

Solution structure of the sodium channel antagonist conotoxin GS: A new molecular caliper for probing sodium channel geometry

Background: The venoms of Conus snails contain small, disulfide-rich inhibitors of voltage-dependent sodium channels. Conotoxin GS is a 34-residue polypeptide isolated from Conus geographus that interacts with the extracellular entrance of skeletal muscle sodium channels to prevent sodium ion conduction. Although conotoxin GS binds competitively with mu conotoxin GIIIA to the sodium channel surface, the two toxin types have little sequence identity with one another, and conotoxin GS has a four-loop structural framework rather than the characteristic three-loop mu-conotoxin framework. The structural study of conotoxin GS will form the basis for establishing a structure-activity relationship and understanding its interaction with the pore region of sodium channels. Results: The three-dimensional structure of conotoxin GS was determined using two-dimensional NMR spectroscopy. The protein exhibits a compact fold incorporating a beta hairpin and several turns. An unusual feature of conotoxin GS is the exceptionally high proportion (100%) of cis-imide bond geometry for the three proline or hydroxyproline residues. The structure of conotoxin GS bears little resemblance to the three-loop mu conotoxins, consistent with the low sequence identity between the two toxin types and their different structural framework. However, the tertiary structure and cystine-knot motif formed by the three disulfide bonds is similar to that present in several other polypeptide ion channel inhibitors. Conclusions: This is the first three-dimensional structure of a 'four-loop' sodium channel inhibitor, and it represents a valuable new structural probe for the pore region of voltage-dependent sodium channels. The distribution of amino acid sidechains in the structure creates several polar and charged patches, and comparison with the mu conotoxins provides a basis for determining the binding surface of the conotoxin GS polypeptide.

The solution structure of C1-T1, a two-domain proteinase inhibitor derived from a circular precursor protein from Nicotiana alata

A two-domain portion of the proteinase inhibitor precursor from Nicotiana alata (NaProPI) has been expressed and its structure determined by NMR spectroscopy. NaProPI contains six almost identical 53 amino acid repeats that fold into six highly similar domains; however, the sequence repeats do nut coincide with the structural domains. Five of the structural domains comprise the C-terminal portion of one repeat and the N-terminal portion of the next. The sixth domain contains the C-terminal portion of the sixth repeat and the N-terminal portion of the first repeat. Disulphide bonds link these C and N-terminal fragments to generate the clasped-bracelet fold of NaProPI. The three-dimensional structure of NaProPI is not known, but it is conceivable that adjacent domains in NaProPI interact to generate the circular bracelet with the N and C termini in close enough proximity to facilitate formation of the disulphide bonds that form the clasp The expressed protein, examined in the current study, comprises residues 25-135 of NaProPI and encompasses the first two contiguous structural domains, namely the chymotrypsin inhibitor C1 and the trypsin inhibitor T1, joined by a five-residue linker, and is referred to as C1-T1. The tertiary structure of each domain in C1-T1 is identical to that found in the isolated inhibitors. However, no nuclear Overhauser effect contacts are observed between the two domains and the five-residue linker adopts an extended conformation. The absence of interactions between the domains indicates that adjacent domains do not specifically interact to drive the circularisation of NaProPI. These results are in agreement with recent data which describe similar PI precursors from other members of the Solanaceae having two, three, or four repeats. The lack of strong interdomain association is likely to be important for the function of individual inhibitors by ensuring that there is no masking of reactive sites upon release from the precursor. (C) 2001 Academic Press.

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.

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.

Germin and germin-like proteins: evolution, structure, and function

Germin and germin-like proteins (GLPs) are encoded by a family of genes found in all plants. They are part of the cupin superfamily of biochemically diverse proteins, a superfamily that has a conserved tertiary structure, though with limited similarity in primary sequence. The subgroups of GLPs have different enzyme functions that include the two hydrogen peroxide-generating enzymes, oxalate oxidase (OxO) and superoxide dismutase. This review summarizes the sequence and structural details of GLPs and also discusses their evolutionary progression, particularly their amplification in gene number during the evolution of the land plants. In terms of function, the GLPs are known to be differentially expressed during specific periods of plant growth and development, a pattern of evolutionary subfunctionalization. They are also implicated in the response of plants to biotic (viruses, bacteria, mycorrhizae, fungi, insects, nematodes, and parasitic plants) and abiotic (salt, heat/cold, drought, nutrient, and metal) stress. Most detailed data come from studies of fungal pathogenesis in cereals. This involvement with the protection of plants from environmental stress of various types has led to numerous plant breeding studies that have found links between GLPs and QTLs for disease and stress resistance. In addition the OxO enzyme has considerable commercial significance, based principally on its use in the medical diagnosis of oxalate concentration in plasma and urine. Finally, this review provides information on the nutritional importance of these proteins in the human diet, as several members are known to be allergenic, a feature related to their thermal stability and evolutionary connection to the seed storage proteins, also members of the cupin superfamily.