Interactions between 23S RNA and proteins uL24 and uL4 during the assembly of the large ribosomal subunit : force measurements by optical tweezers

Interactions entre l'ARN 23S et les protéines uL24 et uL4 dans l'assemblage de la grande sous-unité du ribosome : mesures de force par piège optique

Laurent Geffroy (1)

1 SIMM - Sciences et Ingénierie de la Matière Molle

Ribosomes are essential organelles of the cell responsible for the synthesis of proteins. Their well conserved structure made of RNA and proteins is organized into two subunits. In vitro reconstitution of E. coli ribosomes showed that their assembly is a coordinated process which involves many interactions between the components. More specifically, the early stages of the large subunit assembly depend strongly on the cooperative binding of five ribosomal proteins to the 23S RNA. The underlying molecular mechanisms however remain poorly understood.The aim of this study is to shine new light on these mechanisms at the single molecule level. It focuses on a 23S ribosomal RNA fragment composed of the helices H18, H19 and H20 in domain I which encompasses the binding sites of the ribosomal proteins uL24 and uL4. This RNA fragment has been prepared in a dumbbell configuration and force versus displacement measurements have been performed using a dual optical trap. From these measurements, a map summarizing the mechanical stability of the RNA fragment has been determined.The maps obtained in absence and in presence of the ribosomal proteins uL24 and/or uL4 have been compared consequently demonstrating mechanical stabilization of the RNA fragment induced by the binding of uL24 and/or uL4. Moreover, their binding is cooperative and when both are present, the mechanical stabilization of the RNA fragment is enhanced.These results are discussed to specify the role of the RNA fragment and proteins uL24 and uL4 in the large ribosomal subunit assembly.

Le ribosome est un organite essentiel de la cellule qui assure la synthèse des protéines. C'est une structure très conservée, composée d'ARN et de protéines ribosomiques organisés en deux sous-unités. Les expériences de reconstitution in vitro du ribosome d'E. coli ont montré que l'assemblage est un processus coordonné impliquant de nombreuses interactions entre les différents constituants. En particulier, les premières étapes de l'assemblage de la grande sous-unité dépendent fortement de la fixation coopérative de cinq protéines ribosomiques à l'ARN 23S, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont mal connus.Cette étude à l'échelle de la molécule unique vise à préciser ces mécanismes et porte sur un fragment constitué des hélices H18, H19 et H20 du domaine I de l'ARN ribosomique 23S contenant les sites de fixation des protéines uL24 et uL4. Ce fragment d'ARN a été préparé dans une configuration qui permet la mesure de force via un double piège optique. Les courbes de force obtenues ont permis de dresser une cartographie de la stabilité des structures du fragment d'ARN.Ces cartes ont été comparées en absence et en présence des protéines ribosomiques uL24 et/ou uL4, démontrant ainsi que le fragment d'ARN est stabilisé par la fixation des protéines uL24 et/ou uL4. Leur fixation est coopérative et la présence conjointe des deux protéines sur-stabilise les structures du fragment d'ARN.Ces résultats sont discutés dans la perspective de préciser le rôle du fragment d'ARN et des protéines ribosomiques uL24 et uL4 dans l'assemblage de la grande sous-unité du ribosome.

Mots clés: Ribosome assembly; Single molecule; Optical tweezers

Mots clés: Assemblage du ribosome; Molécule unique; Piège optique

Domaines: Biophysique [physics.bio-ph]

Laurent Geffroy. Interactions entre l'ARN 23S et les protéines uL24 et uL4 dans l'assemblage de la grande sous-unité du ribosome : mesures de force par piège optique. Biophysique [physics.bio-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2017. Français. ⟨NNT : 2017PSLET020⟩. ⟨tel-02337704⟩