Note publique d'information : Dans les cellules, le déroulement de l’ADN double-brin est catalysé par une famille
de protéines appelées hélicases. Ces protéines sont présentes chez tous les organismes
des virus jusqu’à l'homme. Parmi ces hélicases, celles de la famille RecQ jouent un
rôle essentiel dans le métabolisme de l’ADN en facilitant de nombreux processus cellulaires
tels que la réplication, la réparation, la recombinaison, la transcription et la maintenance
des télomères. Chez l'homme, il existe cinq membres de la famille RecQ identifiés
comme RECQ1, BLM, WRN, RECQ4 et RECQ5. Les mutations dans BLM, WRN et RECQ4 sont associées
à une prédisposition au cancer. En plus du domaine hélicase très conservé et contenant
sept motifs bien distincts, la plupart des hélicases de la famille RecQ possèdent
également un domaine RecQ C-terminal (RecQ-Ct) et un domaine hélicase RNase D (HRDC).
Au cours de ce travail, nous nous concentrons sur les mécanismes intrafonctionnels
de certains membres de la famille RecQ des hélicases. Tout d'abord, nous avons utilisé
deux isoformes naturels de l’hélicase RECQ5 humain comme modèle pour étudier la modulation
fonctionnelle du domaine hélicase avec le doigt de zinc. Ici, nous montrons que la
variante tronquée RECQ5α de l’hélicase RECQ5β issue d’un épissage alternatif et composée
uniquement du domaine hélicase ne possède ni l’activité ATPase ni l’activité de déroulement
de l’ADN. A l’inverse, et ce de matière étonnante, cette protéine est dotée d’une
forte activité de réhybridation du brin déroulé. Les mesures quantitatives indiquent
que l’amélioration de l’affinité de la protéine pour l’ADN que lui confère le doigt
de zinc est à l’origine de ses activités ATPase et hélicase. Le plus important est
que l’on constate que le doigt de zinc est capable d'agir comme un facteur moléculaire
à même de supprimer l'activité de re-synthèse du brin déroulé par le domaine hélicase
et de déclencher l’activité de déroulement d'ADN à travers une modulation de la fixation
à l’ADN. Ensuite, nous avons analysé les propriétés biochimiques de deux isoformes
de l’hélicase RecQ de Bacillus subtilis : SubL et SubS. Parmi elles, SubS ne dispose
pas du domaine HRDC. Nos études montrent que le domaine HRDC est crucial pour Bacillus
subtilis RecQ hélicases dans la résolution des intermédiaires de réplication et /
ou de réparation de l'ADN tels que les jonctions de Holliday et la jonction de kappa.
Les activités ATPase, hélicase et l'activité de rehybridation du brin déroulé sont
plus importantes en présence du domaine HRDC. Ces résultats nous permettent de spéculer
sur l'importance du domaine HRDC des activités de la famille de RecQ hélicase. Nous
avons découvert que dans la famille RecQ, le 12 domaine HRDC peut augmenter les activités
ATPases et hélicases. De manière intéressante, le domaine HRDC de Bacillus subtilis
joue un rôle critique dans la résolution des intermédiaires de réplication ou de réparation
de l'ADN et des jonctions de Holliday. Nous suggérons l'hypothèse que le domaine HRDC
des hélicases RecQ participe à exposer leurs fonctions dans le processus de réparation
de l'ADN. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à l'existence et au
rôle du doigt d'arginine dans la protéine BLM. Ces études ont été menées afin de démontrer
son rôle dans l'hydrolyse d'ATP et dans la conversion en mouvement mécanique permettant
à la protéine de progresser le long de l’ADN. Nos études démontrent que le résidu
R982, situé à proximité du γ-phosphate de l'ATP, fonctionne comme un doigt d’arginine
dans la protéine BLM. Nos conclusions indiquent en outre que ce doigt d’arginine interagit
avec d'autres motifs conservés situés autour du γ-phosphate des nucléotides et qu’ils
effectuent ensemble les fonctions enzymatiques au sein d’un réseau complexe.
Note publique d'information : In the cells, the unwinding of double-stranded polynucleotides is catalyzed by helicases
that exist in all kingdoms of life from virus to human. RecQ family helicases play
essential roles in nucleic acid metabolism by facilitating cellular processes including
genome replication, DNA repair, recombination, transcription and telomere maintenance.
In human, five RecQ family members named RECQ1, BLM, WRN, RECQ4 and RECQ5, have been
identified. Defects in BLM, WRN and RECQ4 will give rise to autosomal recessive disorders
and predisposition to cancer. In addition to the highly conserved helicase core domain
containing seven helicase motifs, most RecQ family helicases have a unique RecQ C-terminal
domain (RecQ-Ct) and the Helicase RNase D conserved domain (HRDC). In the present
studies, we focus on the intra-functional mechanisms of some important members of
RecQ family helicases. Firstly, we have chosen two natural isoforms of human RECQ5
helicase as models to study the functional modulation of the helicase core domain
by the zinc-binding domain. Here we show that a truncated variant of the human RECQ5β
helicase comprised of the conserved helicase domain only, a splice variant named RECQ5α,
possesses neither ATPase nor DNA unwinding activities, but surprisingly displays a
strong strand annealing activity. Quantitative measurements indicate that the regulatory
role of the zinc-binding motif of RECQ5β is achieved by enhancing the DNA binding
affinity of the helicase. More important, the zinc-binding motif of RECQ5β is found
to act as a molecular switch that suppresses the strand-annealing activity of the
helicase domain and triggers DNAunwinding activity of the enzyme through enhancing
DNA binding. Subsequently, we analyzed the biochemical properties of two isoforms
of Bacillus subtilis RecQ helicases: SubL and SubS. Between them, SubS naturally lacks
the HRDC domain. Our studies demonstrate that the HRDC domain is crucial in Bacillus
subtilis RecQ helicases in unwinding of DNA replication/repair intermediates such
as Holliday junction and kappa junction. The enzyme with HRDC domain shows stronger
ATPase activity and DNA unwinding and annealing activities than the other one. These
results allow us to speculate on the importance of HRDC domain in the basic activities
of RecQ family helicases. In the last part, we investigated the existence and role
of the arginine finger in the Bloom syndrome protein (BLM) in ATP hydrolysis and energy
coupling. Our studies demonstrate that R982 is the residue located near the γ-phosphate
of ATP which functions as a BLM 14 arginine finger. Our finding further indicates
that the arginine finger interacts with other conserved motifs around γ-phosphate
of the nucleotide to carry out the functions as a complex network.
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