Early Steps of Ribosome Assembly Studied by Single Molecule Force Measurements

Les premières étapes de l'assemblage du ribosome étudiées par mesure de force sur molécule unique

Lena Melkonyan (1)

1 SIMM - Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (UMR 7615)

Double-stranded DNA and RNA (dsDNA, dsRNA) undergo overstretching transitions at forces around 60 pN. We perform force measurements using a dual-beam optical trap that holds two beads linked by a single molecule. One strand of the duplex is attached at both extremities to the beads, while the other strand is attached only at one extremity. Four different cases are compared: dsDNA, dsRNA, RNA-DNA hybrid with DNA under tension, and DNA-RNA hybrid with RNA under tension. Overstretching occurs for all four duplexes. The most remarkable difference is that dsRNA exhibits a smooth plateau, while the other duplexes show saw-tooth patterns. We find that dsRNA overstretches by a different mechanism and explain why this property could help RNA structures to assemble and play their biological roles.Overstretching the RNA-DNA hybrid progressively liberates an RNA strand. Structures formed within this nascent RNA are seen in the force signal upon re-annealing. For the first time to our knowledge, we thus mimic and study co-transcriptional RNA folding in an in-vitro assay. Focusing on the early stage of E.coli large ribosomal subunit assembly (domains I-II of 23S rRNA and r-proteins L4, L13, L20, L22, L24), partial re-annealing is observed more frequently with r-proteins than without. Our results indicate that the five early- binding r-proteins act as folding helpers well before the entire 23S RNA is transcribed.

L’ADN et l’ARN double brin (ADNdb, ARNdb) subissent des transitions de surétirement avec des forces d’environ 60 pN. Nous effectuons des mesures de force à l'aide d'un piège optique à double faisceau contenant deux billes reliées par une seule molécule. Un brin du duplex est attaché aux deux extrémités aux deux billes, tandis que l’autre brin n’est attaché qu’à une seule extrémité. Quatre cas différents sont comparés: ADNdb, ARNdb, hybride ARN- ADN avec ADN sous tension et hybride ADN- ARN avec ARN sous tension.Un surétirement se produit pour les quatre duplex. La différence la plus remarquable est que les ARNdb présentent un plateau lisse, alors que les autres duplex présentent des motifs en dents de scie. Nous constatons que les ARNdb s'étirent par un mécanisme différent et expliquons pourquoi cette propriété pourrait aider les structures d'ARN à s'assembler et à jouer leurs rôles biologiques.Un surétirement de l'hybride ARN-ADN libère progressivement un brin d'ARN. Les structures formées au sein de cet ARN naissant sont visibles dans le signal de force lors du re- recuit. Pour la première fois à notre connaissance, nous imitons donc et étudions le repliement de l'ARN co-transcriptionnel dans un test in vitro. En se concentrant sur le stade précoce de l’assemblage des grandes sous- unités ribosomales de E. coli (domaines I-II de l’ARNr 23S et des protéines r L4, L13, L20, L22, L24), on observe plus souvent un recuit partiel avec les protéines r. Nos résultats indiquent que les cinq protéines r de liaison précoce agissent comme des auxiliaires de repliement bien avant que l’ARN 23S complet ne soit transcrit.

Mots clés: Optical Trap; Single Molecule

Mots clés: Molecule Unique; Piège Optique

Domaines: Physique [physics]

Lena Melkonyan. Early Steps of Ribosome Assembly Studied by Single Molecule Force Measurements. Physics [physics]. Université Paris sciences et lettres, 2018. English. ⟨NNT : 2018PSLET026⟩. ⟨tel-02333812⟩