Thèse Hibernation des Ribosomes chez les Archées H/F

Doctorat.Gouv.Fr

En collaboration avec l'Ifremer de Brest, le CBI de Toulouse et l'Institut Pasteur, nous avons très récemment publié une étude portant sur la caractérisation fonctionnelle et structurelle d'une famille jusqu'alors inconnue de facteurs d'hibernation ribosomique chez les archées, que nous avons baptisée HibA. En combinant des approches structurales, biochimiques, génétiques et phylogénomiques, nous avons identifié HibA comme un facteur qui inactive le ribosome et contribue à sa préservation en situation de stress. La délétion du gène hibA chez l'archée modèle Thermococcus barophilus retarde la reprise de la croissance à partir de la phase stationnaire et réduit les pools de ribosomes 70S. Les structures en cryo-microscopie électronique à haute résolution des complexes HibA:ribosome isolés dans des extraits cellulaires de Pyrococcus abyssi soumis à un stress révèlent que HibA adopte plusieurs conformations distinctes chevauchant les positions des ARNt aux sites A, P et E, ce qui indique qu'un seul facteur peut posséder plusieurs sites de liaison sur le ribosome. De plus, nous avons observé que HibA co-apparaît fréquemment avec un ARNt du site E ou avec la version archéenne du SBDS (aSBDS, syndrome de Shwachman-Bodian-Diamond), ce qui suggère que les cellules soumises à un stress pourraient mobiliser plusieurs acteurs pour protéger les ribosomes inactifs. Enfin, des analyses taxonomiques mettent en évidence la diversité des protéines liées à l'hibernation chez les archées. Parallèlement, notre analyse phylogénétique apporte des éclaircissements sur l'origine et la diversification du domaine HPF/RaiA chez les bactéries et les archées.

Le projet de thèse s'appuie sur ces travaux antérieurs et vise à approfondir l'étude des mécanismes de l'hibernation chez les archées. En collaboration avec l'Ifremer de Brest, le CBI de Toulouse et l'Institut Pasteur, nous avons très récemment publié une étude portant sur la caractérisation fonctionnelle et structurelle d'une famille jusqu'alors inconnue de facteurs d'hibernation ribosomique chez les archées, que nous avons baptisée HibA. En combinant des approches structurales, biochimiques, génétiques et phylogénomiques, nous avons identifié HibA comme un facteur qui inactive le ribosome et contribue à sa préservation en situation de stress. La délétion du gène hibA chez l'archée modèle Thermococcus barophilus retarde la reprise de la croissance à partir de la phase stationnaire et réduit les pools de ribosomes 70S. Les structures en cryo-microscopie électronique à haute résolution des complexes HibA:ribosome isolés dans des extraits cellulaires de Pyrococcus abyssi soumis à un stress révèlent que HibA adopte plusieurs conformations distinctes chevauchant les positions des ARNt aux sites A, P et E, ce qui indique qu'un seul facteur peut posséder plusieurs sites de liaison sur le ribosome. De plus, nous avons observé que HibA co-apparaît fréquemment avec un ARNt du site E ou avec la version archéenne du SBDS (aSBDS, syndrome de Shwachman-Bodian-Diamond), ce qui suggère que les cellules soumises à un stress pourraient mobiliser plusieurs acteurs pour protéger les ribosomes inactifs. Enfin, des analyses taxonomiques mettent en évidence la diversité des protéines liées à l'hibernation chez les archées. Parallèlement, notre analyse phylogénétique apporte des éclaircissements sur l'origine et la diversification du domaine HPF/RaiA chez les bactéries et les archées.

Le projet de thèse s'appuie sur ces travaux antérieurs et vise à approfondir l'étude des mécanismes de l'hibernation chez les archées. Comprendre les mécanismes de préservation des ribosomes déclenchés en conditions de stress. Les méthodes classiques de biologie moléculaire seront utilisées. Des stratégies expérimentales de biochimie et de biophysiques seront mises en place pour répondre aux questions posées (voir ci-dessous et fichier PDF joint). Enfin les méthodes de la biologie structurale (cryo-EM) nous permettront de décrire au niveau atomique les complexes d'intérêt.

Nos résultats établissent que HibA est un médiateur clé de l'hibernation ribosomique chez les archées. Ils fournissent un cadre mécanistique et fonctionnel permettant de comprendre comment les cellules archées préservent leur appareil de traduction en situation de stress, et ouvrent de nouvelles perspectives sur l'évolution et la régulation de la dormance ribosomique dans les trois domaines du vivant. Ce projet de thèse s'appuie sur nos travaux antérieurs (PMID: 42045235) et vise à approfondir l'étude des mécanismes d'hibernation chez les archées.
(i) Afin de suivre l'assemblage des sous-unités ribosomales en présence de HibA, nous proposons de mener des expériences cinétiques en pré-état stationnaire à l'aide d'un appareil de Stopped-flow. Grâce à cette méthode, nous pourrons déterminer la constante de vitesse d'association (kon) des sous-unités 30S et 50S et mesurer l'influence de HibA sur cette cinétique d'association. L'influence de l'ATP ou de l'AMP sur cette vitesse d'association sera également mesurée, ainsi que celle de compétiteurs (ARNm et/ou ARN de transfert, ou le facteur de recyclage ABCE1).
(2) SBDS a été observé comme un possible partenaire de HibA. Ainsi, un autre objectif sera de clarifier la fonction de la protéine SBDS chez les archées, en commençant par déterminer si l'aSBDS intervient dans les dernières étapes de la biogenèse.
(3) d'autres partenaires de HibA seront également recherchés.