Translation of the flavivirus Kunjin NS3 gene in cis but not its RNA sequence or secondary structure is essential for efficient RNA packaging

Our previous studies using trans-complementation analysis of Kunjin virus (KUN) full-length cDNA clones harboring in-frame deletions in the NS3 gene demonstrated the inability of these defective complemented RNAs to be packaged into virus particles (W. J. Liu, P. L. Sedlak, N. Kondratieva, and A. A. Khromykh, J. Virol. 76:10766-10775). In this study we aimed to establish whether this requirement for NS3 in RNA packaging is determined by the secondary RNA structure of the NS3 gene or by the essential role of the translated NS3 gene product. Multiple silent mutations of three computer-predicted stable RNA structures in the NS3 coding region of KUN replicon RNA aimed at disrupting RNA secondary structure without affecting amino acid sequence did not affect RNA replication and packaging into virus-like particles in the packaging cell line, thus demonstrating that the predicted conserved RNA structures in the NS3 gene do not play a role in RNA replication and/or packaging. In contrast, double frameshift mutations in the NS3 coding region of full-length KUN RNA, producing scrambled NS3 protein but retaining secondary RNA structure, resulted in the loss of ability of these defective RNAs to be packaged into virus particles in complementation experiments in KUN replicon-expressing cells. Furthermore, the more robust complementation-packaging system based on established stable cell lines producing large amounts of complemented replicating NS3-deficient replicon RNAs and infection with KUN virus to provide structural proteins also failed to detect any secreted virus-like particles containing packaged NS3-deficient replicon RNAs. These results have now firmly established the requirement of KUN NS3 protein translated in cis for genome packaging into virus particles.

Altered 3′-terminal RNA structure in phage Qβ adapted to host factor-less Escherichia coli

The RNA phage Qβ requires for the replication of its genome an RNA binding protein called Qβ host factor or Hfq protein. Our previous results suggested that this protein mediates the access of replicase to the 3′-end of the Qβ plus strand RNA. Here we report the results of an evolutionary experiment in which phage Qβ was adapted to an Escherichia coli Q13 host strain with an inactivated host factor (hfq) gene. This strain initially produced phage at a titer ≈10,000-fold lower than the wild-type strain and with minute plaque morphology, but after 12 growth cycles, phage titer and plaque size had evolved to levels near those of the wild-type host. RNAs isolated from adapted Qβ mutants were efficient templates for replicase without host factor in vitro. Electron microscopy showed that mutant RNAs, in contrast to wild-type RNA, efficiently interacted with replicase at the 3′-end in the absence of host factor. The same set of four mutations in the 3′-terminal third of the genome was found in several independently evolved phage clones. One mutation disrupts the base pairing of the 3′-terminal CCCoh sequence, suggesting that the host factor stimulates activity of the wild-type RNA template by melting out its 3′-end.

An RNA structure involved in feedback regulation of splicing and of translation is critical for biological fitness.

While studies of the regulation of gene expression have generally concerned qualitative changes in the selection or the level of expression of a gene, much of the regulation that occurs within a cell involves the continuous subtle optimization of the levels of proteins used in macromolecular complexes. An example is the biosynthesis of the ribosome, in which equimolar amounts of nearly 80 ribosomal proteins must be supplied by the cytoplasm to the nucleolus. We have found that the transcript of one of the ribosomal protein genes of Saccharomyces cerevisiae, RPL32, participates in such fine tuning. Sequences from exon I of the RPL32 transcript interact with nucleotides from the intron to form a structure that binds L32 to regulate splicing. In the spliced transcript, the same sequences interact with nucleotides from exon II to form a structure that binds L32 to regulate translation, thus providing two levels of autoregulation. We now show, by using a sensitive cocultivation assay, that these RNA structures and their interaction with L32 play a role in the fitness of the cell. The change of a single nucleotide within the 5' leader of the RPL32 transcript, which abolishes the site for L32 binding, leads to detectably slower growth and to eventual loss of the mutant strain from the culture. Experiments designed to assess independently the regulation of splicing and the regulation of translation are presented. These observations demonstrate that, in evolutionary terms, subtle regulatory compensations can be critical. The change in structure of an RNA, due to alteration of just one noncoding nucleotide, can spell the difference between biological success and failure.

Aminoterminal amphipathic α-helix AH1 of hepatitis C virus nonstructural protein 4B possesses a dual role in RNA replication and virus production.

Nonstructural protein 4B (NS4B) is a key organizer of hepatitis C virus (HCV) replication complex formation. In concert with other nonstructural proteins, it induces a specific membrane rearrangement, designated as membranous web, which serves as a scaffold for the HCV replicase. The N-terminal part of NS4B comprises a predicted and a structurally resolved amphipathic α-helix, designated as AH1 and AH2, respectively. Here, we report a detailed structure-function analysis of NS4B AH1. Circular dichroism and nuclear magnetic resonance structural analyses revealed that AH1 folds into an amphipathic α-helix extending from NS4B amino acid 4 to 32, with positively charged residues flanking the helix. These residues are conserved among hepaciviruses. Mutagenesis and selection of pseudorevertants revealed an important role of these residues in RNA replication by affecting the biogenesis of double-membrane vesicles making up the membranous web. Moreover, alanine substitution of conserved acidic residues on the hydrophilic side of the helix reduced infectivity without significantly affecting RNA replication, indicating that AH1 is also involved in virus production. Selective membrane permeabilization and immunofluorescence microscopy analyses of a functional replicon harboring an epitope tag between NS4B AH1 and AH2 revealed a dual membrane topology of the N-terminal part of NS4B during HCV RNA replication. Luminal translocation was unaffected by the mutations introduced into AH1, but was abrogated by mutations introduced into AH2. In conclusion, our study reports the three-dimensional structure of AH1 from HCV NS4B, and highlights the importance of positively charged amino acid residues flanking this amphipathic α-helix in membranous web formation and RNA replication. In addition, we demonstrate that AH1 possesses a dual role in RNA replication and virus production, potentially governed by different topologies of the N-terminal part of NS4B.

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 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.

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).

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.

Reverse transcription of a naturally occurring nonretroviral RNA produces a precise deletion in the majority of its cDNA products

A precise, reproducible deletion made during in vitro reverse transcription of RNA2 from the icosahedral positive-stranded Helicoverpa armigera stunt virus (Tetraviridae) is described. The deletion, located between two hexamer repeats, is a 50-base sequence that includes one copy of the hexamer repeat. Only the Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase and its derivative Superscript I, carrying a deletion of the carboxy-terminal RNase H region, showed this response, indicating a template-switching mechanism different from one proposed that involves a RNase H-dependent strand transfer, Superscript II, however, which carries point mutations to reduce RNase H activity, does not cause a deletion. A possible mechanism involves the enzyme pausing at the 3' side of a stem-loop structure and the 3' end of the nascent DNA strand separating from the template and reannealing to the upstream hexamer repeat.

Significance in replication of the terminal nucleotides of the Flavivirus genome

Point mutations that resulted in a substitution of the conserved 3'-penultimate cytidine in genomic RNA or the RNA negative strand of the self-amplifying replicon of the Flavivirus Kunjin virus completely blocked in vivo replication. Similarly, substitutions of the conserved 3'-terminal uridine in the RNA negative or positive strand completely blocked replication or caused much-reduced replication, respectively. The same preference for cytidine in the 3'-terminal dinucleotide was noted in reports of the in vitro activity of the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) for the other genera of Flaviviridae that also employ a double-stranded RNA (dsRNA) template to initiate asymmetric semiconservative RNA positive-strand synthesis. The Kunjin virus replicon results were interpreted in the context of a proposed model for initiation of RNA synthesis based on the solved crystal structure of the RdRp of phi6 bacteriophage, which also replicates efficiently using a dsRNA template with conserved 3'-penultimate cytidines and a 3'-terminal pyrimidine. A previously untested substitution of the conserved pentanucleotide at the top of the 3'-terminal stem-loop of all Flavivirus species also blocked detectable in vivo replication of the Kunjin virus replicon RNA.

Structural determinants for membrane association and dynamic organization of the hepatitis C virus NS3-4A complex.

Hepatitis C virus (HCV) NS3-4A is a membrane-associated multifunctional protein harboring serine protease and RNA helicase activities. It is an essential component of the HCV replication complex and a prime target for antiviral intervention. Here, we show that membrane association and structural organization of HCV NS3-4A are ensured in a cooperative manner by two membrane-binding determinants. We demonstrate that the N-terminal 21 amino acids of NS4A form a transmembrane alpha-helix that may be involved in intramembrane protein-protein interactions important for the assembly of a functional replication complex. In addition, we demonstrate that amphipathic helix alpha(0), formed by NS3 residues 12-23, serves as a second essential determinant for membrane association of NS3-4A, allowing proper positioning of the serine protease active site on the membrane. These results allowed us to propose a dynamic model for the membrane association, processing, and structural organization of NS3-4A on the membrane. This model has implications for the functional architecture of the HCV replication complex, proteolytic targeting of host factors, and drug design.

Crystal structure of NLRC4 reveals its autoinhibition mechanism.

Nucleotide-binding and oligomerization domain-like receptor (NLR) proteins oligomerize into multiprotein complexes termed inflammasomes when activated. Their autoinhibition mechanism remains poorly defined. Here, we report the crystal structure of mouse NLRC4 in a closed form. The adenosine diphosphate-mediated interaction between the central nucleotide-binding domain (NBD) and the winged-helix domain (WHD) was critical for stabilizing the closed conformation of NLRC4. The helical domain HD2 repressively contacted a conserved and functionally important α-helix of the NBD. The C-terminal leucine-rich repeat (LRR) domain is positioned to sterically occlude one side of the NBD domain and consequently sequester NLRC4 in a monomeric state. Disruption of ADP-mediated NBD-WHD or NBD-HD2/NBD-LRR interactions resulted in constitutive activation of NLRC4. Together, our data reveal the NBD-organized cooperative autoinhibition mechanism of NLRC4 and provide insight into its activation.

Exploring the effect of aminoglycoside guanidinylation on ligands for Tau exon 10 splicing regulatory element RNA

We describe the effect of guanidinylation of the aminoglycoside moiety on acridine-neamine-containing ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5′-intron junction of Tau pre-mRNA, an important regulatory element of tau gene alternative splicing. On the basis of dynamic combinatorial chemistry experiments, ligands that combine guanidinoneamine and two different acridines were synthesized and their RNA-binding properties were compared with those of their amino precursors. Fluorescence titration experiments and UV-monitored melting curves revealed that guanidinylation has a positive effect both on the binding affinity and specificity of the ligands for the stemloop RNA, as well as on the stabilization of all RNA sequences evaluated, particularly some mutated sequences associated with the development of FTDP-17 tauopathy. However, this correlation between binding affinity and stabilization due to guanidinylation was only found in ligands containing a longer spacer between the acridine and guanidinoneamine moieties, since a shorter spacer produced the opposite effect (e.g. lower binding affinity and lower stabilization). Furthermore, spectroscopic studies suggest that ligand binding does not significantly change the overall RNA structure upon binding (circular dichroism) and that the acridine moiety might intercalate near the bulged region of the stem->loop structure (UV-Vis and NMR spectroscopy).

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.

La RNase P mitochondriale chez Neurospora crassa

Résumé La Ribonucléase P (RNase P) est une enzyme principalement reconnue pour sa participation à la maturation en 5’des ARN de transfert (ARNt). Cependant, d’autres substrats sont reconnus par l’enzyme. En général, la RNase P est composée d’une sous-unité ARN (le P-ARN, codé par le gène rnpB) qui porte le centre actif de l’enzyme et d’une ou de plusieurs sous-unités protéiques (la P-protéine). Les P-ARN chez toutes les bactéries, la majorité des archéobactéries et dans le génome nucléaire de la plupart des eucaryotes, possèdent généralement une structure secondaire très conservée qui inclut le noyau (P1-P4); l’hélice P4 constitue le site catalytique de l’enzyme et l’hélice P1 apparie les extrémités du P-ARN en stabilisant sa structure globale. Les P-ARN mitochondriaux sont souvent moins conservés et difficiles à découvrir. Dans certains cas, les seules régions de structure primaire qui restent conservées sont celles qui définissent le P4 et le P1. Pour la détection des gènes rnpB, un outil de recherche bioinformatique, basé sur la séquence et le profil de structure secondaire, a été développé dans le laboratoire. Cet outil permet le dépistage de toutes les séquences eucaryotes (nucléaires et mitochondriales) du gène avec une très grande confiance (basée sur une valeur statistique, E-value). Chez les champignons, plusieurs ascomycètes encodent un gène rnpB dans leur génome mitochondrial y compris tous les membres du genre d’Aspergillus. Cependant, chez les espèces voisines, Neurospora crassa, Podospora anserina et Sordaria macrospora, une version mitochondriale de ce gène n’existe pas. Au lieu de cela, elles contiennent deux copies nucléaires du gène, légèrement différentes en taille et en contenu nucléotidique. Mon projet a été établi dans le but d’éclaircir l’évolution de la RNase P mitochondriale (mtRNase P) chez ces trois espèces voisines d’Aspergillus. En ce qui concerne les résultats, des modèles de structures secondaires pour les transcrits de ces gènes ont été construits en se basant sur la structure consensus universelle de la sous-unité ARN de la RNase P. Pour les trois espèces, par la comparaison de ces modèles, nous avons établi que les deux copies nucléaires du gène rnpB sont assez distinctes en séquence et en structure pour pouvoir y penser à une spécialisation de fonction de la RNase P. Chez N. crassa, les deux P-ARN sont modifiés probablement par une coiffe et les extrémités 5’, 3’ sont conformes à nos modèles, ayant un P1 allongé. Encore chez N. crassa, nous avons constaté que les deux copies sont transcrites au même niveau dans le cytoplasme et que la plus petite et la plus stable d’entre elles (Nc1) se retrouve dans l’extrait matriciel mitochondrial. Lors du suivi du P-ARN dans diverses sous-fractions provenant de la matrice mitochondriale soluble, Nc1 est associée avec l’activité de la RNase P. La caractérisation du complexe protéique, isolé à partir de la fraction active sur un gel non dénaturant, révèle qu’il contient au moins 87 protéines, 73 d’entre elles ayant déjà une localisation mitochondriale connue. Comme chez la levure, les protéines de ce complexe sont impliquées dans plusieurs fonctions cellulaires comme le processing de l’ADN/ARN, le métabolisme, dans la traduction et d’autres (par exemple : la protéolyse et le repliement des protéines, ainsi que la maintenance du génome mitochondrial). Pour trois protéines, leur fonction est non déterminée.