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Parutions

 

Origines moléculaires des diverses fonctions des protéines TIP49

 

Les protéines TIP49 sont indispensables au bon fonctionnement de nombreux processus biologiques vitaux pour la cellule. Les étonnantes propriétés structurales et fonctionnelles de ces protéines découlent de la souplesse conformationnelle à grande échelle de leur squelette peptidique. Ces résultats, publiés dans la revue Structure, ont été obtenus par des chercheurs du Laboratoire de biologie moléculaire des eucaryotes (LBME, CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier), en association avec l'Université polytechnique d'état de Saint-Pétersbourg (*), l'Institut Kurchatov et l'University college London.

 

Une activité ATPasique suffisamment faible pour avoir été remise en question, le déroulement de l'ADN selon une polarité 3'-5' agissant seulement sur de très courtes distances, la liaison à l'ADN simple ou double-brin : telles sont les seules propriétés connues de la Pontin (TIP49a) et de la Reptin (TIP49b), par ailleurs variables selon leurs états oligomériques. Ces deux protéines de la famille des ATPases AAA+ ont pourtant un rôle essentiel dans un éventail extraordinairement large de processus biologiques impliquant des transactions d'acides nucléiques, comme la réparation de l'ADN, l'assemblage de la télomérase ou encore la régulation transcriptionnelle. Les protéines Pontin et Reptin entrent également en jeu dans le contrôle de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation cellulaire. Leur surexpression au cours de nombreux cancers est ainsi corrélée à la progression tumorale et constitue un marqueur de mauvais pronostic, renforçant l'hypothèse d'un rôle central dans la régulation du maintien et de la stabilité des génomes.

Ces observations se heurtent cependant à l'absence de données biochimiques pouvant rendre compte de tels rôles. Là où elles ont été mises en évidence, elles restent éparses et controversées et leur base moléculaire et structurale demeure largement inconnue.

L'équipe toulousaine dirigée par Emmanuel Käs et Mikhail Grigoriev au LBME vient d'élucider, en association avec ses collaborateurs russes et anglais, les relations structure-fonction à même d'expliquer les mécanismes sous-jacents aux nombreux rôles biologiques des protéines TIP49. Pour cela, les scientifiques ont fait appel à des approches concertées de modélisation tout-atomes, de simulation de dynamique moléculaire et d'analyse conformationnelle d'assemblages homo ou hétéro-oligomériques de protéines TIP49. Ils montrent ainsi que la surface d'accessibilité au solvant de la poche de liaison et d'hydrolyse de l'ATP au sein de ces protéines est modulée par la mobilité de domaines distants et l'efflux d'ADP après hydrolyse, qui est contrôlé par une arginine. Cet acide aminé agit à la manière d'une valve et constitue ainsi le facteur limitant des paramètres cinétiques de l'activité ATPasique des protéines TIP49. Ces résultats apportent une base mécanistique à la diminution de l'activité ATPasique observée lors de la formation des homo-hexamères TIP49a et TIP49b, mais aussi à son augmentation dans les hétéro-hexamères TIP49a/TIP49b.

Cette étude a été étendue à la protéine lik-TIP49b, un mutant gain de fonction de l'activité ATPasique au phénotype embryonnaire-létal et le seul mutant TIP49 jamais isolé. Dix ans après sa première caractérisation, la base structurale et mécanistique des propriétés de ce mutant est enfin élucidée : une insertion de trois acides aminés affecte à distance les domaines fonctionnellement critiques de la protéine et leur mobilité, exerçant ainsi des effets prononcés sur son activité ATPasique et son découplage de la liaison à l'ADN, une situation qui mime en partie celle établie pour les hétéro-hexamères.

Ainsi, ces travaux révèlent comment la flexibilité conformationnelle à grande échelle détermine les propriétés structurales et fonctionnelles des protéines TIP49. Ils ouvrent des perspectives originales pour la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à cibler ces acteurs majeurs de la vie cellulaire et de ses dysfonctionnements.

 


 

Figure : Contrôle dynamique de l'accessibilité de la poche de liaison et d'hydrolyse de l'ATP des protéines TIP49. L'image du bas représente la surface électrostatique d'un monomère de TIP49a et l'image du milieu un zoom sur le site de liaison et d'hydrolyse de l'ATP, modélisé en présence d'ATP (en violet) et de magnésium (en bleu). La poche à ATP se forme à l'interface des domaines D1 et D3, par la superposition des motifs Walker A et Walker B caractéristiques des ATPases AAA+. Ces motifs (rectangles noirs) sont séparés par le domaine D2 dans la structure primaire des protéines TIP49 (image du haut) et l'accessibilité de la poche varie selon leur état oligomérique. Le domaine D2 est caractérisé par la présence d'un OB-fold (« Oligonucleotide/oligosaccharide Binding », rectangle en pointillé en bas à gauche) et de deux boucles L1 et L2 très mobiles. Des interactions dynamiques entre l'OB-fold et le domaine D3 influent sur l'accessibilité de la poche de liaison à l'ATP dans les hétéro-hexamères TIP49a/TIP49b et dans les homo-hexamères du mutant lik-TIP49b, contrôlant ainsi l'activité ATPasique de ces assemblages oligomériques. © LBME, Emmanuel Käs et Mikhaïl Grigoriev.


 

 

Note

  • (*) Un accord de coopération a été signé, en février 2011, entre l'Université Toulouse III – Paul Sabatier et l'Université polytechnique d'état de Saint-Pétersbourg. Cette collaboration a été impulsée par une conférence bilatérale organisée à Saint-Pétersbourg en novembre de la même année, grâce au soutien du CNRS et de la Fondation russe pour la recherche fondamentale (RFBR).

 

En savoir plus

  • Large-scale conformational flexibility determines the properties of AAA+ TIP49 ATPases, Michael Petukhov, Adilia Dagkessamanskaja, Martin Bommer, Tracey Barrett, Irina Tsaneva, Alexander Yakimov, Richard Quéval, Alexey Shvetsov, Mikhail Khodorkovskiy, Emmanuel Käs, Mikhail Grigoriev, Structure (2012), doi: 10.1016/j.str.2012.05.012

 

Contact chercheu

  • Emmanuel Käs
    Laboratoire de biologie moléculaire des eucaryotes (LBME)
    UMR5099 CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier
    Université Toulouse III – Paul Sabatier
    Bâtiment IBCG
    118 route de Narbonne
    31062 Toulouse Cedex 4

 

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