Mots-Clés
Protéines ribosomiques
métagénomique marine
réseaux
modélisation 3D
Description
Comment les premières formes de vie ont-elles, dès leur émergence, développé des systèmes leur permettant des facultés de contrôle et d’autonomie ? Alors que ces fonctions sont assurées par les systèmes nerveux chez les métazoaires, à l’échelle nanoscopique, le transfert de signaux dans les assemblages supramoléculaires est aujourd’hui conceptualisé par la notion d’allostérie. Tout récemment, nous avons proposé une vision étendue de l’allostérie où les réseaux de protéines ribosomiques pouvaient non seulement transférer les signaux mais aussi les traiter et ainsi contrôler un ensemble de fonctions complexes (1,2). Le ribosome, l’assemblage nucléoprotéique responsable de la traduction est un modèle de choix pour adresser ces questions : d’une part son évolution par accrétion autour du centre catalytique primordial (le Peptidyl Transfer Centre) rend possible une archéologie moléculaire remontant à LUCA (3). D’autre part, il est doté de facultés d’autonomie et de contrôle extrêmement complexes allant de la synchronisation des mouvements de l’ARN à la prise de décision (4,5).
Dans le stage proposé, nous chercherons à retracer et modéliser en 3D l’évolution des réseaux de protéines ribosomiques primordiaux sur la base de données de séquences métagénomiques environnementales marine, essentiellement issue de l’expédition Tara Océans. Grâce aux métadonnées (informations sur les paramètres environnementaux) il devient possible de déconvoluer les signaux multiples stratifiés dans les séquences lors de leur adaptation aux différent écosystèmes (6) et d’en extraire les invariants liés à leurs fonctions allostériques. Sur la base de notre connaissance structurale et fonctionnelle de ces réseaux, nous attendons que cette procédure nous permette de retracer l’évolution de motifs protéiques associés au transfert et au traitement d’information. Sur le plan méthodologique, nous avons avec M. Lescot, déjà exploité cette méthode pour élucider le lien entre l’écologie et l’évolution de la bioluminescence bactérienne (7). A notre connaissance, les études de phylogénie des protéines ribosomiques n’ont encore jamais utilisé les données environnementales. Ce stage permettrait ainsi d’apporter un éclairage nouveau sur les liens entre écologie, évolution et systèmes d’information moléculaire. Nous attendons également qu’à l’instar de notre étude sur l’évolution de la bioluminescence bactérienne, cette étude nous livre des informations précieuses sur l’évolution congruente entre l’organisation globale des gènes de protéines ribosomiques (structure des opérons dans les métagénomes), mutations ponctuelles dans les protéines et interactions protéine-protéine dans les réseaux.
Références
1.Timsit,Y. and Grégoire,S.-P. (2021) Towards the Idea of Molecular Brains. 10.3390/ijms222111868.
2. Timsit,Y., Sergeant-Perthuis,G. and Bennequin,D. (2021) Evolution of ribosomal protein network architectures. 10.1038/s41598- 020-80194-4.
3. Petrov,A.S. et al. (2015) History of the ribosome and the origin of translation. 10.1073/pnas.1509761112.
4.Poirot,O. and Timsit,Y. (2016) Neuron-Like Networks Between Ribosomal Proteins Within the Ribosome. 10.1038/srep26485. 5.Timsit,Y. and Bennequin,D. (2019) Nervous-Like Circuits in the Ribosome Facts, Hypotheses and Perspectives. 10.3390/ijms20122911.
6. Vernette,C., Lecubin,J., Sánchez,P., Tara Oceans Coordinators, Sunagawa,S., Delmont,T.O., Acinas,S.G., Pelletier,E., Hingamp,P. and Lescot,M. (2022) The Ocean Gene Atlas v2.0: online exploration of the biogeography and phylogeny of plankton genes. Nucleic Acids Res., 50, W516–W526.
7.Vannier, T., Hingamps, P., Turrel, F., Tanet, L. Lescot, M and Timsit, Y (2020) NAR genomics and Bioinformatics 2, doi: 10.1093/nargab/lqaa018