Tissue-specific expression of the human Glycyl-tRNA synthetase : connection with the Charcot-Marie-Tooth disease Jana Alexandrova To cite this version: Jana Alexandrova. Tissue-specific expression of the human Glycyl-tRNA synthetase : connection with the Charcot-Marie-Tooth disease. Genomics [q-bio.GN]. Université de Strasbourg, 2014. English. NNT : 2014STRAJ126. tel-01516431 HAL Id: tel-01516431 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01516431 Submitted on 1 May 2017 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. 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T&L1# "# D-!2-02 "# *_U,'4#01'2M "# S201 -30% D'1!'.*',# S S!'#,!#1 "3 V'4,2 S.M!'*'2M S A1.#!21 M-*M!3*'0#1 #2 C#**3*'0#1 "# * B'-*-%'# T'113#V1.#!'$'! #6.0#11'-, -$ 2&# &3+, G*7!7*V2RNA 17,2&#21#S !-,,#!2'-, 5'2& 2&# C&0!-2VM0'#VT--2& "'1#1# P0M1#,2M# .0 J, A*#6,"0-4 .-30 *_- 2#,2'-, "3 %0"# "# D-!2#30 "# *_U,'4#01'2M "# S201 -30% S-32#,3# *# S[ 1#.2#+ 0# TRSV "#4,2 * !-++'11'-, "_#6+#, S D'0#!2#30 "# 2&L1# D0T M%*' F03%'#0 D'0#!2#30 "# R#!&#0!&# CNRSQ S201 -30% R..-02#30 #62#0,# D0T A* #, J-0",-4 A11-!'2# .0-$#11-0Q U,'4#01'27 -$ A,25#0.Q B#*%'/3# R..-02#30 #62#0,# D0T T+0 H#,"0'!)1-, A11-!'2# .0-$#11-0Q W7,# S22# U,'4#01'27Q USA E6+',2#30 ',2#0,# D0T G'* #02 E0',' D'0#!2#30 "# R#!&#0!&# CNRSQ S201 -30% ACKNOWLEDGEMENTS First, I would like to thank all the members of the thesis committee, Dr. Albena Jordanova, Associate Professor in Molecular Neurosciences at the University of Antwerp (Belgium), Dr. Tamara Hendrickson, Associate Professor in Biochemistry at Wayne State University (USA) and Dr. Gilbert Eriani, Research Director at CNRS (Strasbourg) for accepting to judge my work. Je remercie le Professeur Eric WESTHOF, de m'avoir accueillie au sein de l'UPR 9002 du CNRS. Un tr s tr s tr s grand Merci Magali ! Je ne pourrais jamais te remercier assez pour tout ce que tu as fait pour moi ces six derni res ann esG bien sr pour tout ce que tu mSas appris en tant que scientifique mais aussi pour ton soutien, tes encouragements et la confiance que tu mSas accord e et celle que tu as r ussi me donner en moi. Mme quand jS tais d sesp r e, tu as toujours trouv les bons mots pour repartir avec encore plus dSenthousiasme et de motivation. Je te remercie pour tous les superbes moments quSon a pass s ensembleG dommage quSon ne puisse pas rester en th se toute sa vieG Un tr s grand Merci aussi tous les gens de notre quipe sans qui la vie au labo nSaurait pas t si agr able ! Merci Caro pour tout ce que tu mSas appris, pour nos belles pauses Icetea avec les plantes carnivores de lSIBMC et lSexp rience photos sous la chaleur accablante. Merci Jolle et Anne pour tous nos moments de rigolade mais aussi pour tous vos conseils. Merci Nassira pour tes encouragements, tes conseils, les grandes discussions scientifiques et pas seulement et pour tous les super moments quSon a partag s. Merci Pupuce (Delphine) dSavoir apport plein de joie et de bonne humeur au quotidien mais aussi dans les moments de d prime, pour les innombrables et inoubliables E soir es et week-end labo F et surtout celles en dehors du laboG Merci Alain pour tous tes conseils et discussions scientifiques du soir, pour mSavoir montr comment d tecter de jolies cellules fluos et que cSest pas du bruit de fondG Un tr s grand Merci tous les amis du labo pour tout ce quSon a partag ces derni res ann es : les pauses caf , soir es, sorties ski, montagneG Merci Micka, Pierre, Patryk, Hagen, Anne So, M lo, Delphine, Franzi et tous les autres que jSai oubli sG Un norme Merci Micka, Pierre, Delphine 2 et Paola : sans vous les derniers mois auraient t tr s prouvantsG merci pour les barbecues, sorties escalade qui mSont presque fait appr cier lS criture de la th se. Un tr s tr s tr s grand Merci mes parents qui mSont toujours encourag e et soutenue, et enfin mais pas en dernier Yannick avec qui on a travers tout le chemin de la Fac et la th se ensemble. CONTENT INTRODUCTION ................................................................................................. 1 I. M RNA AND THE ROAD LEADING TO TRANSLATION ....................................... 1 1. Translation initiation of eukaryotic mRNAs ....................................................... 1 1.1. Cap-dependent initiation GGGG!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 1.1.1. Ternary complex formation ...................................................................... 1 1.1.2. The open pre-initiation complex ................................................................ 2 1.1.3. PIC and mRNA recruitment .................................................................... 3 1.1.4. mRNA scanning and start codon recognition ................................................ 4 1.1.5. 80S initiation complex formation .............................................................. 5 !"!#$S - and &S -UTR regulatory elements ................................................................... 5 1.2.1. mRNA localization ............... ......................................................................... 5 1.2.2. !"#$%&'()*!$!+!,&-*.,*/S -UTRs ............................................................... 7 1.2.3. !"#$%&'()*!$!+!,&-*.,*1S -UTRs ............................................................... 9 1.2.4. Structural regulatory elements ................................................................... 9 1.2.5. uORFs ................................................................................................ 11 "#P%&'(')*&+Q#-./01 .......................................................................... 13 * uORF/IRES combinations ................................................................ 14 * The role of uORF peptides ................................................................. 15 1.2.6. Alternative Non-AUG initiation codons ....................................................... 16 1.3. Cap-independent initiation ................................................................................ 17 1.3.1. Cellular IRES ....................................................................................... 18 1.3.2. Canonical initiation factors and IRES recognition ......................................... 20 1.3.3. IRES trans-acting factors and cellular stress ................................................. 20 1.4. Cap-assisted internal initiation .......................................................................... 22 II. Aminoacyl-tRNA synthetases: translation and beyond .............................. 23 1. Aminoacylation: catalysis and specificity ........................................................... 23 1.1. Aminoacylation reaction ................................................................................... 23 1.2. Structure and characterisation of eukaryotic aaRSs ............................................. 24 2. Non-canonical functions of mammalian cytosolic aminoacyl-tRNA synthetases 26 2.1. AaRSs and post-transcriptional regulations ........................................................ 26 S 2.1.1. Yeast DRS regulates its own expression ........................................................ 28 2.1.2. Human MRS regulates ribosomal RNA biogenesis ....................................... .. 29 2.1.3. Human EPRS and the GAIT system .......................................................... 29 2.1.4. Human KRS regulates transcription ........................................................... 30 2.2. Alternative functions related to signalling pathways ........................................... 31 2.2.1. Human aaRSs as cytokines ....................................................................... 31 2.2.2. AaRS as amino acid sensors ...................................................................... 32 3. Human cytosolic aaRSs involved in diseases ....................................................... 33 3.1. Antisynthetase syndrome ................................................................................... 34 3.2. Cancer .............................................................................................................. 34 3.3. Viral infection ................................................................................................... 35 4. GRS alternative functions and roles in diseases .................................................. 36 4.1. Ap4A synthesis ................................................................................................. 38 4.2. IRES mediated translation activation of Poliovirus ............................................. 39 4.3. Anti-GRS syndrome .......................................................................................... 40 4.4. GRS and cancer ................................................................................................ 40 III. GRS AND CHARCOT -M ARIE -T OOTH DISEASE ............................................ 43 1. Charcot-Marie-Tooth ......................................................................................... 43 2. GRS mutants in CMT2D and dSMA-V .............................................................. 45 2.1.