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Protéines TIP49 : identification des acides aminés activateurs de l’eau qui hydrolysent l’ATP

 

Vitales à la cellule, les protéines TIP 49 sont énigmatiques : comment transforment-elles l’énergie chimique de l’ATP en force motrice ? Comprendre les fonctions moléculaires de ces enzymes et leur changement conformationnel attise la curiosité des chercheurs du Laboratoire de biologie moléculaire eucaryote. En collaboration avec l'Université Polytechnique d'état de Saint-Pétersbourg et l'University College of London, ces scientifiques ont mis en évidence les mécanismes particuliers d’hydrolyse de l’ATP et ont publié leurs résultats dans Structure.

 

De la famille des ATPases associées à diverses activités cellulaires (AAA+), les protéines oligomériques Tip49a et Tip49b sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires. Pour accomplir ces missions, elles hydrolysent l’ATP, réserve d’énergie chimique de la cellule, qu’elles transforment en force mécanique. Ces ATPases particulières, très conservées au cours de l’évolution, ont été identifiées chez les eucaryotes et les archaea.


En collaboration avec leurs confrères physiciens russes et biochimistes anglais, l'équipe toulousaine dirigée par Emmanuel Käs et Mikhail Grigoriev a déterminé les motifs ATPasiques de ces protéines et mis en évidence la structure du complexe de prétransition, agencement moléculaire qui précède l’hydrolyse de l’ATP. Pour cela, il aura fallu étudier la dynamique de chaque molécule d’eau présente dans les sites ATPasiques et comprendre leur interaction avec les acides aminés impliqués dans la réaction d'hydrolyse. Les simulations numériques et les mutagénèses qu'ils ont effectuées sur les acides aminés supposément impliqués dans l'hydrolyse de l'ATP de la protéine ancestrale de l'archaea, ont révélé un deuxième motif d’hydrolyse : l’acide aminé aspartate, en conformation trans (trans-aspartate). Ils ont montré que la molécule d’eau qui décomposera l’ATP peut être activée soit par Walker B - site ATPasique précédemment identifié - soit par les trans-aspartates fournies par une sous-unité voisine. Le dialogue entre Walker B et les trans-aspartates crée une compétition entre ces deux sites, ce qui confère à l’enzyme une faible activité ATPasique.


Ces chercheurs vont maintenant tenter de tracer le chemin de transfert d’énergie dans la protéine pour répondre à la question fondamentale : à quoi sert l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP ?


Figure : L’eau en position lytique dans les assemblages oligomériques de protéines TIP49 humaines.

Les protéines TIP49a (Pontin) et TIP49b (Reptin) sont des ATPases de la famille AAA+ qui jouent un rôle essentiel dans de nombreux processus cellulaires. Comment leur faible activité ATPasique contribue à leurs fonctions importantes reste largement incompris et difficile à analyser de par leurs activités parfois divergentes et la complexité de leurs assemblages mono- et hétéropolymériques. Afin de contourner ces difficultés, nous avons analysé un ancêtre unique de TIP49 retrouvé chez l’Archéon Methanopyrus kandleri (mkTIP49). La modélisation par homologie tous-atomes et des simulations de dynamique moléculaire validées par des tests biochimiques révèlent des principes d’organisation hautement conservés et identifient les résidus clés de l’hydrolyse de l’ATP. Un dialogue imprévu entre les motifs Walker B et Sensor I (voir Figure ci-dessouss) a un impact direct sur la dynamique de molécules d’eau et met pour la première fois en lumière le rôle critique d’aspartates agissant en trans dans l’étape d’activation d’eau lytique essentielle au mécanisme associatif de l’hydrolyse d’ATP.

© Grigoriev and Käs/CNRS

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En savoir plus

  • Lytic Water Dynamics Reveal Evolutionarily Conserved Mechanisms of ATP Hydrolysis by TIP49 AAA+ ATPases, Arina Afanasyeva, Angela Hirtreiter, Anne Schreiber, Dina Grohmann, Georgii Pobegalov, Adam R. McKay, Irina Tsaneva, Michael Petukhov, Emmanuel Käs, Mikhail Grigorieve, Finn Werner, Structure (2014), doi : 10.1016/j.str.2014.02.002


Contact chercheurs

  • Mikhail Grigoriev
    Tél. : 05 61 33 59 04
    Laboratoire de biologie moléculaire des eucaryotes (LBME) (CNRS/Université de Toulouse 3)

 

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