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TRNAs are adapter molecules linking the genetic information of messenger RNAs with the primary amino acid sequence of proteins. tRNAs have a typical cloverleaf-like secondary structure. Some mitochondrial tRNAs show a high derivation from this canonical tRNA structure. An extreme case of structural truncations can be observed in mitochondria of the nematode R. culicivorax. This study aims the functional characterization of such “bizarre” tRNAs in defining their structural properties and their functionality with interacting partner proteins such as CCA-adding enzymes and aminoacyl-tRNA synthetases. This work reveals that armless tRNAs form a hairpin-shaped secondary structure. 3D structures exhibit a high intrinsic flexibility. Initial tests could not demonstrate aminoacylation activity. However, armless tRNAs represent functional molecules for CCA-incorporation, indicating adaptations of CCA-adding enzymes to armless tRNAs.; Les ARNt sont des molécules adaptatrices reliant l'information génétique de l’ARN messagers à la séquence d'acides aminés primaire des protéines. Les ARNt ont une structure typique, appelée "feuille de trèfle". Certains ARNt mitochondriaux montrent une forte dérivation de cette structure. Un cas extrême peut être observé dans les mitochondries du nématode R. culicivorax. Cette étude vise la caractérisation fonctionnelle de ces ARNt «bizarres» et de définir leurs propriétés structurales et leur fonctionnalité avec des protéines partenaires telles que les CCAses et les aminoacyl-ARNt synthetases. Ce travail révèle que les ARNt sans bras forment une structure secondaire en forme d'épingle à cheveux et que leurs structures 3D présentent une grande flexibilité intrinsèque. Les tests initiaux n’ont pas démontré l'activité d'aminoacylation. Cependant, les ARNt sans bras représentent des molécules fonctionnelles pour le CCAse, indiquant des adaptations de l’enzyme aux ARNt sans bras.

The aim of the PhD project was to contribute to the understanding of the link between mutations in the human mitochondrial aspartyl-tRNA synthetase (mt-AspRS) and LBSL disease, by studying the properties of this enzyme at the cellular level. Our objectives were: 1) to explore the organization of mt-AspRS in mitochondria (Chapter 1), 2) to identify the mature form of mt-AspRS after its import, and to characterize its submitochondrial localization (Chapter 2), 3) to assess, in cellulo, the impact of some LBSL-causing mutations on some properties of mt-AspRS (Chapter 3). We showed that mt-AspRS is processed into different mature forms, and that mt-AspRS belongs to two complexes likely suggesting different partners and/or functions. We demonstrated that mt-AspRS is dually localized with soluble and peripherally membrane-associated fractions. We also demonstrated that, under stress conditions, mt-AspRS is released outside mitochondria with a possible link to the apoptosis. Furthermore, we assessed the impact of some LBSL-causing mutation on some cellular properties of mt-AspRS, and showed that most mutations do not have a significant impact. This underscores the need for more studies about mt-AspRS properties, and strongly suggests a potential non-canonical (alternative) function of the enzyme., Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif de contribuer à la compréhension du lien entre l’aspartyl-ARNt synthétase mitochondriale (AspRSmt) humaine et le syndrome LBSL, en étudiant les propriétés de cette enzyme au niveau cellulaire. Les objectifs étaient : 1) d’explorer l’organisation de l’AspRSmt dans la mitochondrie (Chapitre 1), 2) d’identifier la forme mature de l’AspRSmt après son import, ainsi que la localisation sous-mitochondriale de cette enzyme (Chapitre 2), 3) d’évaluer l’impact de quelques mutations, impliquées dans le syndrome LBSL, sur les propriétés de l’AspRSmt (Chapitre 3). Nous avons démontré que l’AspRSmt existe sous différentes formes de produits de maturation, et qu’elle est retrouvée, au moins, dans deux complexes, suggérant potentiellement différents partenaires et/ou fonctions pour cette enzyme. Nous avons établi la localisation sous-mitochondriale de l’AspRSmt, et démontré que cette dernière est doublement localisée avec une fraction soluble et une fraction périphérique interagissant avec la membrane. Nous avons également découvert que, sous certaines conditions de stress, l’AspRSmt est relarguée de la mitochondrie et pourrait avoir un lien avec le processus d’apoptose. En outre, nous avons évalué l’impact de quelques mutations, impliquées dans le syndrome LBSL, et trouvé qu’elles n’ont pas d’effet significatif sur les propriétés de l’AspRSmt. L’ensemble des résultats souligne, d’une part, les lacunes restant à combler concernant les propriétés de l’AspRSmt dans la compréhension du lien mutations/pathologie (LBSL), et d’autre part, suggère fortement l’existence d’une éventuelle fonction non canonique (alternative) de l’AspRSmt.

Methionyl-tRNA synthetase (MetRS) is the enzyme in charge of aminocylation of tRNA methionine initiator and elongator (tRNAiMet et tRNAeMet), but also displays atypical functions in Saccharomyces cerevisiae. In the present work, we showed that MetRS is imported to the nucleus during the diauxic shift in order to regulate transcription of genes coding for the complexes III and V subunits of the mitochondrial respiratory chain. To do so, MetRS harbors at least two nuclear localization signals (NLS), located within the 55 first aminoacids (NLS1) and beyond the N-terminal part (NLS2). The N- terminal part is responsible for the recruitment of RNA pol II subunits Rpb4 and Rpb7. We also showed that MetRS is cleaved through the 114th and the 132nd aminoacid during fermentation and that the proteolysed form is essential for the viability of the cell, since a mutant of MetRS which is not cleaved (MetRSK11A) did not allows the growth. We showed that an overproduced and purified a mutant representative of the cleaved form (MetRSΔ142) is more efficient for tRNAiMet aminoacylation than the full length MetRS. Thus, our study suggests that in S. cerevisiae, the cytoplasmic full length MetRS aminoacylates tRNAeMet, the nuclear full length MetRS regulates genes transcription, and the cytoplasmic and nuclear cleaved MetRS aminoacylates the tRNAiMet., La methionyl-ARNt synthétase (MetRS) de Saccharomyces cerevisiae aminoacyle les ARNt méthionine initiateur et élongateur (ARNtiMet et ARNteMet), mais possède également des fonctions atypiques. Nous avons montré que la MetRS rejoint le noyau durant la transition diauxique afin de réguler la transcription des gènes nucléaires des complexes III et V de la chaîne respiratoire mitochondriale. Pour ce faire, la MetRS possède au moins deux signaux de localisation nucléaire (NLS) dans sa séquence, l’un se situant dans les 55 premiers acides aminés (aa) et le second, au delà de la partie N-terminale lui permettant de recruter les sous-unités Rpb4 et Rpb7 de l’ARN pol II. Nous avons montré qu’en fermentation, la MetRS est clivée entre le 114ème et le 132ème aa et que cette forme clivée est essentielle à la viabilité des cellules, puisqu’un variant non clivé (MetRSK11A) ne permet pas la croissance. Nous avons surproduit et purifié un mutant de la MetRS clivée (MetRSΔ142) et montré que ce variant est plus efficace pour l’aminoacylation de l’ARNtiMet que la forme entière de MetRS. Ainsi, notre étude suggère que chez S. cerevisiae, la forme longue de MetRS cytoplasmique permet l’aminoacylation de l’ARNteMet, la forme longue de MetRS nucléaire régule la transcription, et la forme clivée de MetRS nucléaire et cytoplasmique permet l’aminoacylation de l’ARNtiMet

TRNAs are adapter molecules linking the genetic information of messenger RNAs with the primary amino acid sequence of proteins. tRNAs have a typical cloverleaf-like secondary structure. Some mitochondrial tRNAs show a high derivation from this canonical tRNA structure. An extreme case of structural truncations can be observed in mitochondria of the nematode R. culicivorax. This study aims the functional characterization of such “bizarre” tRNAs in defining their structural properties and their functionality with interacting partner proteins such as CCA-adding enzymes and aminoacyl-tRNA synthetases. This work reveals that armless tRNAs form a hairpin-shaped secondary structure. 3D structures exhibit a high intrinsic flexibility. Initial tests could not demonstrate aminoacylation activity. However, armless tRNAs represent functional molecules for CCA-incorporation, indicating adaptations of CCA-adding enzymes to armless tRNAs., Les ARNt sont des molécules adaptatrices reliant l'information génétique de l’ARN messagers à la séquence d'acides aminés primaire des protéines. Les ARNt ont une structure typique, appelée "feuille de trèfle". Certains ARNt mitochondriaux montrent une forte dérivation de cette structure. Un cas extrême peut être observé dans les mitochondries du nématode R. culicivorax. Cette étude vise la caractérisation fonctionnelle de ces ARNt «bizarres» et de définir leurs propriétés structurales et leur fonctionnalité avec des protéines partenaires telles que les CCAses et les aminoacyl-ARNt synthetases. Ce travail révèle que les ARNt sans bras forment une structure secondaire en forme d'épingle à cheveux et que leurs structures 3D présentent une grande flexibilité intrinsèque. Les tests initiaux n’ont pas démontré l'activité d'aminoacylation. Cependant, les ARNt sans bras représentent des molécules fonctionnelles pour le CCAse, indiquant des adaptations de l’enzyme aux ARNt sans bras.