Simulations de dynamique moléculaires d'ARN – Structures et environnements

RNA's, the only type of biomolecules that are at the same time informative and catalytic, play a role at all levels of cellular life. For some RNA's, the function is inscribed in their sequence. For others like transfer RNA's, the function resides in the formation and maintenance of their compact three-dimensional folds. These last RNA's, called structured RNA's, need Mg2+ cations to maintain their tertiary structure and participate to catalytic functions. In Eric WESTHOF's team, numerous three-dimensional models of structured RNA systems have been build through the use of phylogeny and chemical mapping techniques. These models gather almost all available experimental data for a given system and allowed to propose pertinent catalytic and molecular recognition mechanisms. Yet, these models do not allow to access to atomic resolution. This is why molecular dynamics simulation techniques have been developed in order to refine model structures and better understand structure-function relationships. Recent progress in MD simulation techniques obtained in our laboratory, allows us now to simulate the dynamics of molecules of the tRNA or small ribozymes size with an unprecedented level of precision. For better understanding RNA functions, that are by nature dynamical processes, we developed MD techniques in order to complement fragmentary structural information available on RNA hydration and on the structural role played by ions such as : mono- and divalent cations as well as anions. This knowledge is essential for the comprehension of the folding and stability of RNA systems and should lead to more elaborate three-dimensional models. Among the systems that we propose to investigate, we can cite transfer RNAs, ribosomal fragments as well as RNA/antibiotic and RNA/protein complexes.Les ARN, seules molécules à la fois informatives et catalytiques, interviennent à tous les niveaux de la vie cellulaire. Pour certaines molécules d'ARN, comme les ARN messagers, la fonction réside dans la séquence. Pour d'autres, comme les ARN de transfert, la fonction réside dans l'adoption et le maintien d'une structure tridimensionnelle compacte. Ces derniers, dits ARN structurés, nécessitent des ions Mg2+ pour maintenir leur structure tertiaire et assurer leur fonction de catalyse. Dans l'équipe d'Eric WESTHOF, de nombreux modèles tridimensionnels de ces ARN structurés, élaborés à partir de contraintes fournies par des méthodes de cartographie chimique en solution et de comparaison de séquences, ont été construits. Ces modèles regroupent l'ensemble des données expérimentales existantes pour un système donné et permettent ainsi de proposer des mécanismes de réaction ou de reconnaissance pertinents. Toutefois, ces modèles ne prétendent pas atteindre la résolution atomique de structures cristallographiques. C'est pourquoi des méthodes de simulations de dynamique moléculaire (DM) sont développées afin d'affiner les structures modélisées et, ultérieurement, de mieux comprendre les relations structure-fonction de ces ARN. Les progrès récents dans les techniques de simulation de DM réalisés au laboratoire, nous permettent maintenant de simuler la dynamique de molécules de la taille d'un ARN de transfert ou de petits ribozymes avec un degré de précision jusqu'alors rarement atteint. Pour mieux comprendre les fonctions des ARN, qui sont par nature des processus dynamiques, nous utilisons les méthodes de DM pour compléter les informations structurales fragmentaires qui sont disponibles sur l'hydratation de ces ARN et le rôle d'agents structurants (ions monovalents, divalents et anions). En effet, cette connaissance préalable est indispensable pour la compréhension du repliement et de la stabilité de ces ARN. De plus, elle contribuera à la construction de modèles structuraux plus précis. Parmi les systèmes que nous nous proposons d'étudier se trouvent les ARN de transfert ainsi que des fragments d'ARN ribosomaux. Des complexes entre ARN et antibiotiques ainsi que des complexes ARN/protéines sont en cours d'étude