Non-specific nucleic acids/protein interactions : nucleosome and NCp7 complexes
Interactions acides nucléiques/protéines non spécifiques : le nucléosome et les complexes de la NCp7
Résumé
Proteins regulate and perform the vital functions of organisms, in particular by interacting with nucleic acids (NA), including DNA which carries the genetic information. Understanding the nature of these interactions is central in biology. The nucleosome is the basic unit of DNA compaction in eukaryotes. Composed of a DNA wrapped around a histone core, this complex regulates the DNA accessibility by assembling and disassembling along the genome. Here, we carried out molecular dynamic simulations of the nucleosome in solution. The analysis of the DNA-histone interface with an innovative geometrical method highlighted the strong cohesion of the complex. Such an in-depth description of the interface was also used to interpret nucleosome assembly and disassembly experiments. Those experiments emphasized in particular the DNA sequence effect in both assembly and disassembly processes. Finally, the comparison between nucleosomal and free DNA dynamics showed which structural properties were conserved in the complex and how they contributed to the DNA-histone assembly efficiency. A similar strategy was used on experimental structures of NCp7, a HIV-1 NA chaperone protein, complexed with either DNA or RNA. The latter analysis suggested a rational basis to describe the mechanism of partner assembly. In both studies, I evidenced stepwise mechanisms of complex assemblies and I illustrated NA structure and sequence preferences of some so-called non-specific proteins.
Les protéines régulent et exécutent l'ensemble des fonctions vitales des organismes en interagissant notamment avec les acides nucléiques (AN), dont l’ADN, support de l’information génétique. Appréhender la nature de ces types d’interactions est central en biologie. Le nucléosome, qui est l’unité élémentaire de la compaction de l’ADN chez les cellules eucaryotes, est formé d’un d’ADN enroulé autour d’un cœur protéique d’histone ; il contrôle l’accessibilité de l’ADN en se formant et en se dissociant le long des génomes. Ici, le nucléosome a été modélisé par dynamique moléculaire en solution. L’ analyse de l’interface ADN-histone par une méthode géométrique innovante a permis de comprendre comment la forte cohésion de ce complexe était assurée. La description de l’interface a aussi servi à interpréter des expériences d’assemblage et de désassemblage du nucléosome qui ont par ailleurs démontré l’effet de la séquence d’ADN sur ces processus. Enfin, j’ai comparé les dynamiques de l’ADN nucléosomal et de l’ADN nu, et montré quelles propriétés structurales étaient conservées au sein du nucléosome et comment elles sont utilisées pour moduler l’efficacité de l’association ADN-histones. Une stratégie semblable a été appliquée à des structures expérimentales de complexes entre ADN ou ARN et NCp7, une protéine du VIH-1 chaperon des AN. Cette dernière étude propose un mécanisme d’association entre les partenaires sur des bases rationnelles. Dans ces deux études, je mets en évidence des mécanismes de formation des complexes en plusieurs étapes et j’illustre les préférences de structure et de séquence des AN chez des protéines dites non-spécifiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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