Modélisation, purification et caractérisation des modules et domaines de la PI4KA humaine

• Main Author: Taveneau, Cyntia
• Other Authors: Paris 11
• Language: fr
• Published: 2015
• Subjects: PI4KA; Bio-informatique; Modélisation; Expression; Purification; LDAO; SAXS; NS5A; Bio-informatics; Modelisation
• Online Access: http://www.theses.fr/2015PA114827/document

La phosphatidylinositol-4-kinase de type IIIα est une kinase de lipide eukaryote ubiquitaire qui synthétise le phosphatidylinositol-4-phosphate PtdIns(4)P de la membrane plasmique. Ce phosphoinositide est d’autant plus important qu’il tient un rôle majeur dans différentes voies de signalisation cellulaire, le traffic vésiculaire ainsi que dans l’identité des organelles. De plus, la PIK4A humaine est un facteur essentiel pour la réplication du virus de l’hépatite C (VHC). En effet, le recrutement du complexe de réplication du VHC par la protéine virale NS5A à la membrane du reticulum endoplasmique permet la formation d’un réseau membranaire à l’origine de la structuration des complexes de replication viraux.La PI4KA est une kinase imposante (2102 résidus, 240 kDa pour la PI4KA humaine) qui possède un domaine kinase C-terminal d’environ 400 résidus précédé d’un domaine formé de répétitions Armadillo pour lequel aucune fonction n’a été determinée. Le rôle ainsi que le repliement des 1500 résidus N-terminaux de PI4KA ne sont pas connus à ce jour.Afin d’en savoir plus sur la structure tri-dimensionnelle de la PI4KA humaine, nous avons utilisé des outils bio-informatiques afin de délimiter et de modéliser les modules et domaines la composant. Nous avons pu ainsi les exprimer et les produire en bactérie et en cellules d’insecte afin de vérifier nos hypothèses. Nous avons pu conclure que PI4KA est composée de deux modules. Le module N-terminal (1100 résidus), est composé de deux domaines dont un solénoïde α. Les résultats obtenus par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) nous permettent de définir leur agencement potentiel. Le second module (1000 résidus), le module C-terminal, est l’enzyme-core. Son analyse nous a permis d’identifier une similitude remarquable avec les sérine/thréonine kinases PIKKs, comme mTor, apparentées aux phosphatidylinositol-3-kinases. Nous avons défini au début du module C-terminal de PI4KA trois domaines putatifs que nous avons nommés DI, DII et DIII. Nos collaborateurs ont montré qu'ils sont essentiels à l’activité kinase de la protéine ainsi qu’à la replication du VHC. Le domaine DI a été caractérisé et a permis la validation d’une nouvelle paramétrisation de la molécule de N, N-dimethyl-dodecylamine oxide (LDAO) pour des simulations de dynamique moléculaire. Enfin, la PI4KA humaine dans son entier a été exprimée en cellules d’insecte puis purifiée, et un premier test d’interaction avec les membranes a été initié. === The eukaryotic lipid kinase phosphatidylinositol 4-kinase III alpha is a ubiquitous enzyme that synthesizes the plasma membrane pool of phosphatidylinositol 4-phosphate. This important phosphoinositide has key roles in different signalization pathways, vesicular traffic and cellular compartment identity. Moreover, PI4KA is an essential factor for hepatitis C virus (HCV) replication. Indeed, PI4KA's interaction with the non-structural HCV protein NS5A at the endoplasmic reticulum membrane leads to formation of a “membranous web” giving to the membrane the signature necessary to the formation of viral replication machineryPI4KA is a large protein (2102 residues, 240 kDa for human PI4KA) with the kinase domain making up the ca 400 C-terminal residues preceded by an Armadillo domain for which no function is known. There is essentially no structural information about the 1500 N-terminal residues and no clue as to the function of most of this region of PI4KA.We use computational methods in order to delineate fragments of human PI4KA amenable to soluble production in Escherichia coli and insect cells. We clone and express these fragments and evaluate the soluble fraction of each construction. Our results further suggest that PI4KA can be described as a two-module protein. The N-terminal module (1100 residues), is composed of two domains which one is an alpha solenoid. Their potential arrangement was defined by small angle X-ray scattering (SAXS).The second module (1000 residues), the C-terminal module, is the core enzyme. Its analysis leads us to identify similarities with the serine/threonine kinases PIKKs, as mTor, homologous to phosphatidylinositol-3-kinases. Three putative domains were delineate at the beginning of this C-terminal module. We name the DI, DII and DIII. Our collaborators have shown their necessity to the kinase activity of PI4KA and the HCV replication. DI domain was characterized and allowed the validation of a new parametrization of the N, N-dimethyl-dodecylamine oxide molecule (LDAO) for simulation of molecular dynamics. Finally, the full-length human PI4KA was expressed in insect cells, purified and a first interaction experiment with membranes have been initiated.