Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Reconnaissance spécifique protéine“

Les récepteurs couplés aux protéines G ou RCPG sont les récepteurs membranaires les plus abondants de notre génome avec environ 800 membres. Ils jouent un rôle essentiel dans la plupart des phénomènes physiologiques et physiopathologiques. De plus, ils constituent 30 % des cibles de médicaments actuellement commercialisés et restent un réservoir important pour de nouvelles thérapies innovantes. Leurs principaux effecteurs sont les protéines G hétérotrimériques. Celles-ci sont composées de 3 sous-unités, α, β et γ qui, lors du couplage avec un RCPG, se dissocient en Gα et Gβγ pour activer de nombreuses voies de signalisation. Cet article décrit certaines des avancées récentes dans la compréhension du fonctionnement et du rôle des protéines G hétérotrimériques. Après une courte introduction sur les RCPG, l’historique de la découverte des protéines G est décrit succinctement. Ensuite, les mécanismes fondamentaux de l’activation, la signalisation et la régulation des protéines G sont passés en revue. Les nouveaux paradigmes qui concernent la signalisation intracellulaire, la reconnaissance spécifique des protéines G par les RCPG ainsi que la signalisation biaisée sont également abordés.

RésuméLe transporteur de la sérotonine sodium-dépendant est associé à la membrane plasmatique des plaquettes et des terminaisons nerveuses sérotoninergiques et constitue le mécanisme physiologique d’inactivation de la sérotonine. Un déficit en sérotonine est associé à la pathophysiologie de la dépression, et il a été suggéré que des modifications du transporteur de la sérotonine pouvaient exister au moment des épisodes dépressifs. En particulier, le nombre de sites transporteurs pourrait être diminué sur les plaquettes sanguines de patients déprimés, et des résultats comparables ont été obtenus dans certaines régions du cerveau humain post-mortem. Les inhibiteurs tricycliques et nontricycliques de la capture de sérotonine sont des antidépresseurs efficaces. Cependant, il existe une période de latence de 2 à 3 semaines entre le début du traitement et l’effet thérapeutique maximal. C’est pourquoi les études consacrées aux propriétés biochimiques et à la caractérisation moléculaire du transporteur de la sérotonine sont d’un intérêt particulier. La capture de la sérotonine par le transporteur êeut être inhibée sélectivement par le citalopram, la paroxétine, l’indalpine, la fluoxétine et le SL 81 0385. Cet effet se traduit in vitro par une augmentation de la neurotransmission sérotoninergique comme on a pu le montrer pour la paroxétine et le SL 81 0385 sur la libération de sérotonine induite par stimulation électrique dans des coupes de cortex frontal humain. Les dérivés marqués inhibiteurs de la capture tels que l’imipramine-[3H], la paroxétine-[3H] et le citalopram-[3H] ont été utilisés comme ligands spécifiques pour caractériser le transporteur. Dans les expériences de dissociation de la liaison de la paroxétine-[3H] aux membranes de cortex cérébral de rat, le citalopram, l’indalpine, la fluoxétine, le SL 81 0385, l’imipramine et la sérotonine ont des valeurs de 1½ de dissociation similaires à celle obtenue pour la paroxétine. De plus, le SL 81 0385, la fluoxétine, l’imipramine et la sérotonine induisent une protection contre l’inactivation de la liaison de la paroxétine-[3H] par le N-éthylmaléimide aux membranes de cortex cérébral de rat. Ces résultats suggèrent que le domaine de liaison des inhibiteurs tricyliques et non-tricycliques de la capture de sérotonine correspond à un site d’exclusion mutuelle par rapport au site de reconnaissance du substrat. Le transporteur neuronal de la sérotonine des membranes de cortex cérébral de rat a été solubilisé et purifié par chromatographie d’affinité sur une résine agarose à laquelle un dérivé du citalopram a été fixé par liaison covalente. La liaison de la paroxétine-[3H] à la préparation purifiée est caractérisée par un Kd de 0.71 nM et un Bmax supérieur à 1 962 pmol/mg de protéines. La purification du transporteur se traduit par un accroissement de plus de 3 000 fois de l’activité de la liaison de la paroxétine-[3H] par rapport à celle de la préparation membranaire initiale. Le profil pharmacologique de la liaison de la paroxétine-[3H] à cette préparation purifiée est préservé puisque les valeurs de Ki pour le citalopram, l’imipramine et la sérotonine sont respectivement de 19 nM, 80 nM et 3,5 μM, comparables aux Ki de ces composés sur la liaison de la paroxétine-[3H] aux membranes de cortex cérébral de rat. La purification du transporteur ainsi obtenue est la première étape qui doit permettre d’analyser les propriétés fonctionnelles du transporteur au niveau moléculaire.

La famille des protéines THAP est caractérisée par la présence d'un motif protéique, le domaine THAP. Le domaine THAP de la protéine hTHAP1 défini un nouveau motif de coordination du zinc de type C2CH responsable de l'activité de liaison à l'ADN nécessaire pour la fonction de facteur de transcription de la protéine hTHAP1, plus particulièrement impliqué dans la régulation de la prolifération cellulaire. Le domaine THAP est caractérisé sur le plan structural par un repliement atypique présentant une coordination tétraédrique du zinc et une longue insertion entre les deux paires de ligand du zinc adoptant un repliement de type ßaß. Le mode de reconnaissance spécifique de l'ADN du domaine THAP a été élucidé par Résonance Magnétique Nucléaire. Ce domaine reconnaît la cible ADN consensus 5'-TXXGGGCA-3' en établissant des contacts bases spécifiques par l'intermédiaire de son extrémité N-terminale, son brin ß, la boucle L3 et la boucle L4. La résolution de structure du complexe THAP-ADN permet de comprendre comment le domaine THAP va reconnaître spécifiquement l'ADN, l'étape initiale permettant la régulation transcriptionnelle réalisée par hTHAP1. Récemment, des mutations sur le gène de hTHAP1 ont été génétiquement reliées à l'apparition d'une maladie neurodégénérative, la dystonie DYT6. Certaines de ces mutations perturbent la fonction du domaine THAP de hTHAP1 mettant ainsi en évidence que l'activité de liaison à l'ADN de hTHAP1 et la fonction de hTHAP1 sont cruciales pour le maintien de l'intégrité des voies neuronales motrices
The THAP protein family is characterized by the presence of a protein motif designed the THAP domain. The THAP domain of hTHAP1 defines a new C2CH zinc coordination motif responsive of the DNA binding essential for transcription factor function of the hTHAP1 protein implicated in cell proliferation regulation. On the structural frame, the THAP domain is characterized by an atypical fold including C2CH zinc coordination and the long insertion between the two zinc ligand pairs adopt a ßaß fold. Specific DNA binding mode has been structurally characterized using Nuclear Magnetic Resonance. This domain binds to 5'-TXXGGGCA-3' consensus DNA target establishing bases specific contacts using its N-terminal loop, its ß-sheet, its loop L3 and its loop L4. Solution structure of the THAP-DNA complex explain how the THAP domain binds specifically to DNA, the first step of the transcriptional regulation mediated by hTHAP1. Recently, mutations in hTHAP1 gene have been genetically linked to the development of dystonia DYT6, a neurodegenerative disease. Some of these mutations disrupt THAP domain of hTHAP1 function highlighting that the DNA binding activity of hTHAP1 and hTHAP1 function are essential to maintain motor neuronal ways

Les caractéristiques structurales et les interactions intra et/ou intermoléculaires non-covalentes jouent un rôle primordial dans l'activité des molécules d'intérêt biologique, notamment lors de la reconnaissance moléculaire entre un médicament et son récepteur. Par ailleurs, on peut connaître par les études en phase gazeuse (sans les effets du solvant) les propriétés intrinsèques des systèmes moléculaires. Des calculs de chimie quantique élaborés peuvent ainsi être comparés aux résultats des expériences pour en tirer des informations précises. L'équipe AMIBES tente ainsi de décrire les structures de peptides, d'oligonucléotides ou de complexes d'intérêt pharmaceutiques. Pour cela, nous prenons appui sur deux techniques expérimentales complémentaires, la spectroscopie IRMPD et la spectrométrie de mobilité ionique, dont les résultats sont comparés avec des simulations. Dans ce travail de thèse, j'ai d'abord testé les prédictions d'une méthode QM/MM en ce qui concerne le calcul des spectres IR d'espèces d'intérêt biologique isolées. J'ai ensuite utilisé cette méthode pour simuler les spectres IR de brins de la protéine amyloïde β en phase gazeuse. Il ressort de ces études que leur structure secondaire varie selon l'état de protonation et le solvant dans lequel ils sont dissous: un solvant polaire favorise les structures globulaires, alors qu'une constante diélectrique plus basse permet de conserver une structure en hélice α. Je me suis également intéressé aux changements de structure induits par la complexation d'un antibiotique, la vancomycine, avec un modèle de son récepteur. En mode positif, le site de fixation de celui-ci est différent de celui révélé par la cristallographie, mais les interactions spécifiques responsables de la grande constante d'affinité en solution sont conservées dans le complexe déprotoné.

Au sein des Archaeplastida (eucaryotes photosynthétiques ayant acquis un chloroplaste suite à une endosymbiose avec une cyanobactérie ancestrale) les génomes chloroplastiques et mitochondriaux des algues vertes et des plantes terrestres sont régulés de manière post-transcriptionnelle, principalement par des protéines à solénoïde alpha codées dans le noyau. Ces facteurs nucléaires sont composés de motifs répétés dégénérés (protéines PPR et OPR, respectivement pentatricopeptide repeat et octatricopeptide repeats) interagissant de façon spécifique avec une partie de la séquence de leur ARN cible et forment de grandes familles de paralogues. Les protéines PPR sont très abondantes chez les plantes terrestres tandis que les OPR le sont chez les algues vertes. Ces expansions différentielles, en parallèle de l'évolution du métabolisme des ARN dans les organites pourraient refléter des adaptations génétiques préservant la phototrophie dans diverses conditions et niches écologiques. Chez les autres Archaeplastida (algues rouges et Glaucophytes) et chez les eucaryotes issus d'une endosymbiose avec une microalgue ancestrale comme les Diatomées, la régulation des génomes des organites reste peu explorée. Un premier objectif de ma thèse a été de décrire la diversité et la dynamique évolutive des protéines à solénoïde alpha connues ou candidates pour la régulation de l'expression du génome des organites et ce, dans l'ensemble des eucaryotes photosynthétiques. Pour les identifier, j'ai développé une approche combinant détection d'homologie lointaine de séquence et classification indépendante de la similarité entre séquences. J'ai validé cette approche en retrouvant et complétant les familles OPR et PPR connues chez les espèces modèles Chlamydomonas reinhardtii et Arabidopsis thaliana. J'ai montré que les expansions d'OPR étaient restreintes au sein des Chlorophytes et qu'en dehors des algues vertes et des plantes terrestres, les protéines à PPR et à OPR étaient peu nombreuses, suggérant que d'autres acteurs de la régulation de l'expression des génomes des organites restent à découvrir. J'ai également identifié plusieurs dizaines d'autres familles de protéines à solénoïde alpha adressées aux organites dans tous les protéomes étudiés, certaines aux fonctions encore inconnues et dont la caractérisation expérimentale dans des organismes modèles serait pertinente. Dans un second temps, j'ai utilisé des approches de dynamique moléculaire pour mieux comprendre l'affinité et la spécificité des liaisons entre les PPR et leurs ARN cibles. J'ai notamment étudié la dynamique des motifs répétés et la géométrie des sites de liaison des nucléotides en fonction de leur position dans la séquence des motifs PPR, y compris les effets du nombre de répétitions et de la présence ou non des domaines N- et C-terminaux, en plus de l'évolution de la conformation globale de la protéine. Nos résultats suggèrent le rôle de la flexibilité des protéines PPR, tant au niveau de la protéine que du motif dans la liaison à sa cible ARN et sa pertinence pour l'affinité et la spécificité de la reconnaissance des nucléotides
In Archaeplastida (photosynthetic eukaryotes that acquired a chloroplast following endosymbiosis with an ancestral cyanobacterium) the chloroplast and mitochondrial genomes of green algae and land plants are regulated post-transcriptionally, mainly by alpha-solenoid proteins encoded in the nucleus. These nuclear factors are composed of degenerate repeat motifs (PPR and OPR proteins, respectively pentatricopeptide repeat and octatricopeptide repeats) that interact specifically with part of their target RNA sequence and form large families of paralogs. PPR proteins are very abundant in terrestrial plants while OPRs are abundant in green algae. These differential expansions, in parallel with the evolution of RNA metabolism in organelles, may reflect genetic adaptations that preserve phototrophy under different conditions and ecological niches. In other Archaeplastids (red algae and Glaucophytes) and in eukaryotes that originate from endosymbiosis with an ancestral microalga such as the Diatoms, the regulation of organelle genomes remains poorly explored. A first objective of my thesis was to describe the diversity and evolutionary dynamics of known or candidate alpha-solenoid proteins for the regulation of organelle genome expression in all photosynthetic eukaryotes. To identify them, I developed an approach that combines distant sequence homology detection and sequence similarity independent classification. I validated this approach by finding and completing the known OPR and PPR families in the model species Chlamydomonas reinhardtii and Arabidopsis thaliana. I showed that OPR expansions were restricted within Chlorophytes and that outside of green algae and land plants, PPR and OPR proteins were few in number, suggesting that other players in the regulation of organelle genome expression remain to be discovered. I also identified several dozen other families of organelle-addressed alpha-solenoid proteins in all the proteomes studied, some of which have as yet unknown functions and whose experimental characterisation in model organisms would be relevant. In a second step, I used molecular dynamics approaches to better understand the affinity and specificity of binding between PPRs and their target RNAs. In particular, I studied the dynamics of the repeat motifs and the geometry of the nucleotide binding sites as a function of their position in the PPR motif sequence, including the effects of the number of repeats and the presence or absence of N- and C-terminal domains, in addition to the evolution of the overall conformation of the protein. Our results suggest the role of PPR protein flexibility, both at the protein and motif level, in binding to its RNA target and its relevance to the affinity and specificity of nucleotide recognition

La P-glycoprotéine (P-gp) est un transporteur membranaire qui assure la détoxication cellulaire dans différents tissus, en expulsant hors des cellules une grande variété de molécules cytotoxiques hydrophobes. La surexpression de la P-gp dans la membrane plasmique de certaines cellules tumorales est responsable du phénotype MDR (pour " MultiDrug Résistance "). Cette résistance cellulaire due à la P-gp est une des principales causes de l'échec clinique de la chimiothérapie anticancéreuse, ce qui justifie les efforts qui ont été déployés ces dix dernières années pour analyser le fonctionnement de la P-gp. Dans le cadre de ma thèse, j'ai analysé la spécificité de reconnaissance de la P-gp, remarquable par sa capacité à transporter des molécules de différentes structures chimiques. .
P-glycoprotein (P-gp) is an active plasma membrane transporter involved in cellular, detoxification in several tissues. It actively expels out of cell a number of cytotoxic molecules, all amphiphilic but chemically unrelated. When P-gp is overexpressed in some cancer cells, it is responsible for the multidrug resistance (MDR) phenotype which reduces the effectiveness of various cytotoxic drugs used in anticancer chemotherapy. In order to identify molecular properties responsible for the binding selectivity of P-gp we combined a molecular modelling approach of several substrates and an enzymatic study. We determined the molecular characteristics of two different pharmacophores in the drug binding pocket of P-gp. This new model shows that the binding on P-gp is governed by the size of the substrates and overall by the intramolecular organisation of the hydrophobic/hydrophilic domains rather than by specific chemical motifs. .