Jean-Pierre Perreault, Ph.D.
Professeur titulaire
Directeur du département de biochimie
Études doctorales:
Université de Montréal
Études postdoctorales:
Yale University
THÈMES DE RECHERCHE
(English version follows)
Étude de la
structure/fonction des ARNs circulaires infectieux responsables de maladies chez
les plantes et chez l'humain. Les techniques de la biologie moléculaire, de la
ribozymologie (enzymologie des ARN catalytiques) et de l'étude de la structure
des macromolécules en solution sont mises en pratique pour la réalisation de ce
projet de recherche.
RESEARCH THEMES
Structure/function studies of circular infectious RNAs responsible for plant and
human pathologies. Techniques of molecular biology, ribozymology (enzymology of
catalytic RNA) and for the structure study of macromolecules in solution are
used to achieve the goals of this research project.
PROJETS DE RECHERCHE EN COURS
L’étude du ribozyme delta
Les
ARN pathogènes des plantes et le virus de l'hépatite delta (VHD) nous ont
permis de découvrir plusieurs ARN auto-clivables naturels. Le "hammerhead", le "Hairpin"
et le motif autocatalytique delta ont été sujets d’études intensives tant
in vitro qu'in vivo. Ces motifs autocatalytiques peuvent aussi
être formés de deux fragments d'ARN (trans) où l’un des fragments d'ARN agit
comme enzyme (ribozyme) et l'autre comme substrat. Si l'hélice qui réunit le
substrat et le ribozyme est assez courte, les produits se dissocieront du
ribozyme et permettront la liaison d'une nouvelle molécule de substrat à
l’endroit de la coupure (i.e. affiche un "turnover"). De plus, en changeant la
séquence de liaison du ribozyme pour son substrat, il est possible de créer un
ribozyme spécifique à un nouveau substrat. L'avancement dans la chimie
combinatoire a permis de fabriquer de nouveaux ribozymes avec des profils
catalytiques différents de ceux retrouvés dans la nature. À cause de leur
habileté à interagir directement avec l'ARN, on travaille présentement à créer
des ribozymes ayant des qualités d’agents thérapeutiques pour contrer plusieurs
maladies, dont par exemple, les infections virales comme le SIDA et les
hépatites virales, ainsi que le cancer, le diabète, les maladies
cardiovasculaires et l'ostéoporose.
Les
ribozymes hammerhead et hairpin dérivés de pathogènes de plantes ont démontré
une certaine habileté à cliver plusieurs ARN et à inhiber la réplication virale.
Par contre, l’efficacité des ces deux ribozymes est limitée par leur besoin en
magnésium, car les cellules eucaryotes contiennent 10 fois moins de magnésium
que la quantité dont auraient besoin les ribozymes pour être actifs. C’est ce
qui rend le ribozyme delta extrêmement intéressant : il a l’habileté
naturelle de fonctionner au sein des cellules eucaryotes humaines. Nous tentons
donc d'élucider les mécanismes moléculaires de ce ribozyme. Nous essayons
également d’élaborer une stratégie fondée sur ce ribozyme pour contrôler la
réplication des virus VHB (virus de l'hépatite B) et VHC (virus de l'hépatite
C).
L’étude d’un viroïde modèle
Les viroïdes sont de petits ARN simple brin, non-encapsidés
ayant un faible poids moléculaire (1.3 X 105 Da) et qui causent des maladies
chez certaines plantes d’importance économique. Les viroïdes sont composés d'une
molécule circulaire d'ARN simple brin de 240-400 nucléotides (ce qui est
nettement moins long que celle du génome de plus petits virus) et se répliquent
selon la méthode en cercle roulant symétrique ou asymétrique. Ils n'ont pas de
région codant les protéines et doivent donc utiliser les enzymes de leur hôte
pour se répliquer. De plus, les symptômes seraient provoqués par l’interaction
directe entre leur génome d'ARN (ou d'autres ARN générés lors de l’infection) et
une ou plusieurs cibles cellulaires. Parce que leur ARN présente différentes
activités et qu'ils sont des génomes d'ARN (i.e. propriétés phénotypiques et
génotypiques), les viroïdes sont considérés comme des fossiles vivants résultant
d'une monde pré-cellulaire. Ils sont utilisés dans l'étude des connections
évolutives entres l'ARN et l'ADN génotypiques. En fait, ce sont les molécules
biologiques idéales pour étudier la relation structure-fonction de
l'ARN.
En ce qui nous concerne, nous aimerions comprendre la
biologie moléculaire et la biochimie d’un viroïde modèle : le viroïde de la
mosaïque latente du pêchier (PLMVd). Il s’agit là d’un viroïde dont les
intermédiaires de réplication ont la propriété de s’auto-couper et
s’auto-liguer.
Current Research Project
Study of the
Delta Ribozyme
Both plant
RNA pathogens and the hepatitis delta virus (HDV) have allowed us to
discover several natural self-cleaving RNAs. The hammerhead, the hairpin and the
self-catalytic delta have been the subject of intensive work in vitro
as well as in vivo. These self-catalytic motifs can also be formed by
two fragments (in trans) where one of the fragments acts as an enzyme (ribozyme)
and the other as a substrate. If the helix joining the substrate and ribozyme
is short enough, the products dissociated from the ribozyme allow the binding of
a novel substrate molecule for subsequent cleavage (i.e. shows a turnover).
Moreover, by changing the binding sequence of the ribozyme for its substrate, it
is possible to create ribozymes with the specificity needed to target novel
substrates. The progress in combinatorial chemistry has permitted the
engineering of new ribozymes with catalytic profiles different from those
retrieved in nature. Because of their ability to interact directly with RNA,
ribozymes are currently being developed for their potential as therapeutic
agents for several pathologies including viral infections (HIV and viral
hepatitis, among others), cancer, diabetes, cardiovascular diseases and
osteoporosis.
Ribozymes
derived from plant pathogens (hammerhead and hairpin) have demonstrated an
ability to cleave several RNAs and to inhibit viral replication. However, the
capacity of these two ribozymes is limited by the requirement in magnesium since
eukaryotic cells contain 10 times less magnesium than what is required for the
ribozymes to be active. The delta ribozyme is therefore very interesting
because of its natural ability to function in the human eukaryotic cells. We
are trying to elucidate the molecular mechanism of the delta ribozyme. We
are also working on developing a gene-inactivation strategy based on this
ribozyme to control the replication of HBV (hepatitis B virus) and HCV
(hepatitis C virus).
Study of a Model
Viroid
Viroids are
non-encapsidated, small, single-stranded RNAs with a small molecular weight (1.3
x 105Da) causing several diseases that affect economically important
plants. Viroids contain a circular RNA of 240-400 nucleotides, a size
significantly smaller that the smaller viruses, and replicate through a rolling
circle mechanism that is either symmetric or asymmetric. They do not have a
protein-coding region and consequently, need to use host enzymes for their
replication. Moreover, they cause symptoms by interacting directly with one or
several other cellular RNA species. Because their RNA shows several activities
and because they are RNA genomes (i.e. phenotypic and genotypic properties),
viroids are thought to be living fossils dating back to a pre-cellular world.
They are used in the study of evolutionary connections between genotypic RNA and
DNA. In fact, they are ideal biological molecules to study the RNA
structure-function relationship.
For our
part, we would like to understand the molecular biology and biochemistry of a
model viroid, the peach latent mosaic viroid (PLMVd). This is a viroid for
which the replication intermediates have self-cleavage and self-ligation
abilities.
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RENSEIGNEMENTS / INFORMATION
Jean-Pierre Perreault, Ph.D.
Professeur titulaire
Département de biochimie
Faculté de médecine et des sciences de la santé
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3001, 12e Avenue Nord
Sherbrooke
(Québec) J1H 5N4
Tél. : 819 564-5310
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