5.3 Cinétique de la migration sous contraintes mécaniques
7.1.2 Recherche d’une éventuelle friction à la migration en présence de
Nous avons cherché à mettre en évidence un éventuel reliquat de friction, dû soit directement à la présence de magnésium, soit à la protéine RuvA elle-même. Pour cela, des expériences ont été faites où la vitesse de rotation des aimants a été montée à leur maximum de 6 tr/s (figure 7.2). En cas de friction, on s’attendrait à un retard de la
Cinétique de la migration en présence de RuvA 119 26 28 30 32 34 36 38 40 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 F=2pN -50tr à 6tr/s a E xt e n si o n ( µ m ) temps (s) 300 350 400 450 500 550 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 F=0.3pN -200tr à 6tr/s b E xt e n si o n ( µ m ) temps (s)
Figure 7.2 – Expériences à grande vitesse : migration de la jonction en pré- sence d’ions magnésium ([Mg2+] = 10 mM) et de RuvA ([RuvA] = 100 nM), et à
une vitesse de rotation des aimants de 6 tr/s. Pour réaliser cette expérience, un sys- tème d’amortissement des vibrations a été mis en place autour des moteurs. Ce système s’est révélé efficace car l’on ne distingue plus les vibrations habituellement visibles sur les expériences précédentes pendant la rotation des aimants. (a) Une molécule contenant une jonction de Holliday déjà extrudée est sous-enroulée de 50 tr à 6 tr/s et à 2 pN. Au cours de la rotation, on peut distinguer un signal sinusoïdal dans l’extension. Ce signal correspond à la rotation de la bille (on peut vérifier qu’il contient 50 périodes) et il a probablement pour origine une légère dissymétrie de l’allure des anneaux d’interférence autour des billes. Cette dissymétrie conduit, lorsque ∆Lk prend une valeur non-entière au cours de la rotation, à un déphasage entre l’image apparente et l’image de calibration, enregistrée elle pour une orientation fixée de la bille. Ce déphasage conduit à une erreur systématique et reproductible dans la détermination de la position verticale de la bille pendant la rotation. De plus, du fait de ce déphasage, au cours du sur-enroulement l’ex- tension apparaît en moyenne décalée vers le bas. (b) Même expérience qu’en (a) excepté que la molécule est sous-enroulée de −200 tr et à un force de 0.3 pN. Bien que l’ampli- tude du mouvement brownien empêche ici de distinguer les oscillations observées en (a), on observe un décalage important de l’extension moyenne au cours du sous-enroulement. Ce décalage est ici beaucoup plus grand qu’en (a) et ne peut pas être dû uniquement à l’artefact de déphasage (voir texte).
migration par rapport au sur-enroulement, et donc on devrait générer, selon le niveau de force, soit de la dénaturation soit des plectonèmes. Dans les deux cas, la migration se ferait à couple constant (couple de dénaturation ou couple de formation des plectonèmes), et les vitesses de migration seraient donc déterminées par ces couples et non par la vitesse de sur-enroulement. La migration devrait donc progressivement accumuler du retard par rapport au sur-enroulement. Dans l’un des cas, un tel retard devrait se traduire par la formation de bulles de dénaturation et donc par une extension qui ne baisse pas autant que ce à quoi l’on s’attendrait. Dans l’autre cas, l’accumulation progressive de plectonèmes devrait entraîner une diminution de l’extension plus rapide que celle attendue.
120 Rôle de la protéine RuvA fisante pour atteindre le couple de dénaturation de l’ADN. Dans un second temps (figure 7.2-b), une force plus faible est utilisée (0.3 pN) afin de travailler à un couple plus faible. Ceci permet d’une part d’éviter la dénaturation pour que seuls des plectonèmes puissent éventuellement se former. D’autre part, en cas de présence d’un reliquat de friction, cela permet de limiter la valeur du couple induit et de ralentir au maximum la migration, permettant ainsi d’amplifier au maximum le retard. Finalement, aucune accumulation de retard n’est observée, ni à 2 pN (figure 7.2-a) ni à 0.3 pN (figure 7.2-b).
En revanche, on constate l’existence d’un décalage dans l’extension pendant le sous-enroulement. A haute force (figure 7.2-a), le très faible mouvement brownien permet de voir que ce décalage est exactement relié à la rotation des aimants (variation sinusoïdale de l’extension). L’interprétation de cet effet est que l’image de la bille n’a pas une symétrie parfaitement cylindrique, ce qui entraîne, au cours de la rotation de la bille, un déphasage entre l’image mesurée en temps réel et l’image de calibration pré-enregistrée, et donc un artefact reproductible dans l’estimation de l’extension. Cet artefact peut donc expliquer le décalage global du tracé au cours de l’extension. A basse force (figure 7.2-b), l’amplitude du mouvement brownien ne permet plus de distinguer les oscillations de l’extension, mais néanmoins le décalage apparaît plus important que celui attendu uniquement en raison de l’artefact décrit ci-dessus (un peu plus de 500 nm contre approximativement 200 nm à 2 pN). Il se peut donc que le décalage vu en (a) ne soit pas seulement dû à l’artefact des oscillations.
Plusieurs raisons peuvent alors expliquer ce décalage. Premièrement, il peut exis- ter à basse force un retard à la transmission du couple jusqu’au point de branchement, au profit d’une accumulation de courbures dans la molécule, et donc d’une réduction de l’extension. Un tel phénomène a été introduit de façon théorique par Philip Neslon [224] et peut être provoqué par la présence de courbures initiales dans la molécule. Par ailleurs, dans notre configuration les branches horizontales de la jonction tournent autour de l’axe vertical à une demie fois la vitesse d’enroulement. La friction exercée au cours de cette rotation induit un couple supplémentaire sur la molécule, ce qui pourrait éventuellement expliquer un éventuel flambage des bras verticaux de la jonstion (i.e. un début de for- mation de pléctonèmes), ce qui expliquerait également la diminution de l’extension. Ces deux raisons ne sont pas mutuellement exclusives.
En résumé, le couple nécessaire pour faire migrer la jonction en magnésium et en présence de RuvA reste très faible (inférieur au couple de formation des plectonèmes à 0.3 pN (voir parapgraphe 5.3.4) : 6.5 pN · nm/rad). Ces expériences illustrent la grande efficacité de RuvA à faciliter la migration de la jonction, même en présence de 10 mM d’ions magnésium.
Si l’on prend ensemble, (i) le fait que la cinétique de migration spontanée de la jonction de Holliday apparaisse corrélée avec la stabilité relative des conformations ouverte et empilée, et (ii) l’effet connu que RuvA reconnaît spécifiquement la jonction de Holliday et s’y fixe en lui imposant une conformation ouverte, alors les résultats présentés ici démontrent que RuvA, de part son rôle structurel, est un catalyseur pour l’échange des paires de bases au niveau du point de branchement de la jonction de Holliday.
RuvA empêche la formation de la jonction de Holliday 121