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Univ. Paris-Saclay
24 août 2022
L’interaction entre la protéine Hfq et l'ADN simple brin révèle le rôle d’une protéine amyloïde dans la recombinaison génétique et la réplication
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Le rôle régulateur de la protéine Hfq, protéine bactérienne notamment trouvée chez Escherichia coli, est attribué principalement à sa fonction d'ARN-chaperon, facilitant les interactions entre ARNs. La protéine est aussi impliquée dans la structuration et la compaction de l’ADN.

Une large collaboration internationale a étudié par diverses techniques d'imagerie et de spectroscopie, en particulier sur synchrotron, les complexes formés par la protéine amyloïde Hfq et l'ADN simple brin. Il est ainsi montré que la protéine Hfq peut jouer un rôle dans la recombinaison génétique et la réplication.

 

La protéine Hfq est un régulateur bactérien qui intervient dans de nombreux aspects du métabolisme des acides nucléiques (ARN et ADN), ce qui lui confère de nombreux rôles physiologiques importants. Parmi ces multiples fonctions, elle est essentielle à la réplication du bactériophage Qβ, virus à ARN à brin unique positif, qui infecte les bactéries comme Escherichia coli, bactérie commune de la flore intestinale. La protéine Hfq régule aussi l'efficacité de la traduction des ARNm et aide à compacter l'ADN double brin au sein des cellules bactériennes. Mais ces fonctions demandent à être mieux explorées et précisées, en particulier les modes d'interaction pouvant unir la protéine Hfq et l'ADN (simple ou double brins).

Deux études précédentes, ont montré que la protéine Hfq :

  • forme des structures amyloïdes, comme celles retrouvées lors de maladies neuro-dégénératives, et que ces structures affectent l’intégrité de la membrane bactérienne.
  • est impliquée dans le contrôle de l'écoulement d'une solution d'ADN. C'est en particulier la région amyloïde (C-terminale) de la protéine Hfq qui est impliquée dans la réponse mécanique du fluide complexe, formant un solide "mou" inhomogène.
 

Ces premiers résultats ont été suivis par une nouvelle étude structurale, qui montre pour la première fois que la région amyloïde de Hfq modifie radicalement la structure de l'ADN monobrin en formant une hélice parallèle, ce qui provoque l'alignement du complexe Hfq:ADN.

Pour obtenir ce résultat une combinaison de méthodologies expérimentales comprenant de la spectroscopie (dichroïsme circulaire et linéaire sur synchrotron, infrarouge) et de l'imagerie moléculaire (fluorescence et microscopie électronique) a été utilisée pour sonder les interactions entre Hfq et l'ADN simple brin et les complexes nucléoprotéiques formés.

 

Différentes vues de la représentation moléculaire de la protéine Hfq : La surface moléculaire du domaine N-terminal est représentée en gris et vert. Les feuilles bêta (bleus) et l'hélice alpha (rouge) sont représentées sous la forme d'un ruban dans un monomère. Ici la région amyloïde C-terminale est manquante car de structure inconnue.

L'action de la protéine Hfq sur l'ADN mise en évidence a alors des implications importantes pour la réplication et la recombinaison de l'ADN in vivo.

Les protéines Hfq fixant l’ADN simple brin jouent ainsi un rôle crucial pour de nombreux processus biologiques fondamentaux, y compris la réplication de l'ADN et la recombinaison génétique. Hfq est aussi un acteur important à considérer dans la structure des chromosomes bactériens et le contrôle de l'expression des gènes La mise en évidence de l'implication de ces protéines amyloïdes dans la recombinaison génétique dévoile un nouveau mode de régulation possible de la réplication et de la recombinaison, pouvant se produire dans toutes les cellules vivantes.

 

Référence :
Amyloid-like Hfq interaction with single stranded DNA: involvement in recombination and replication in Escherichia coli,
Krzysztof Kubiak, Frank Wien, Indresh Yadav, Nykola C. Jones, Søren Vrønning Hoffmann, Eric Le Cam, Antoine Cossa, Frederic Geinguenaud, Johan R. C. van der Maarel, Grzegorz Węgrzyn et Véronique Arluison, à paraître dans Quarterly-Reviews-of-Biophysics.

Contact CEA : Véronique Arluison (LLB/MMB).

Collaboration :

 
#3486 - Màj : 29/08/2022

 

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