L’obtention de la structure de la portion périplasmique complète de BvgS a révélé une nouvelle organisation architecturale d’un dimère de domaines VFT en tandem. Dans cette structure, les domaines VFT1 sont ouverts et les domaines VFT2 fermés et sont en contact étroit au travers de grandes surfaces, très importantes dans la communication inter-domaine et ainsi dans la transduction des signaux positifs et négatifs. Nous ne reviendrons pas sur le rôle des différentes interfaces et sur les probables contraintes structurales apportées au système, mais elles permettent, in fine, le maintien de l’hélice H19 dans une conformation donnée. Cette hélice se prolongerait dans la membrane et dans le cytoplasme jusqu’au domaine PAS, ainsi c’est la conformation de cette longue hélice de jonction des domaines périplasmiques au domaine PAS (hélice de jonction H19, figure 88) qui détermine le signal que le domaine PAS intégrera en vue de sa transmission à l’histidine-kinase au travers de l’hélice Jα.
La conformation du domaine PAS, particulièrement sa stabilité et celle de ses interfaces dimériques, semble primordiale dans l’intégration correcte des signaux périplasmiques. Jusqu’à présent, des mutants présentant une activité basale intermédiaire n’ont été obtenus que par des substitutions dans les domaines périplasmiques. On peut donc supposer qu’une conformation intermédiaire de ces domaines, par exemple en présence de concentrations intermédiaires de modulateurs, et ainsi de l’hélice de jonction H19, permet de définir une activité intermédiaire de l’histidine kinase. Cette conformation correspondrait à un état de l’histidine-kinase où la phosphorylation reste permise, mais avec une cinétique plus lente par exemple, en raison d’un alignement suboptimal des interfaces des domaines DHp. Ainsi le domaine PAS doit être capable d’intégrer ce signal intermédiaire. Ce domaine servirait donc plutôt de relais de l’information périplasmique, et pourrait alors aussi agir en tant qu’amplificateur du signal. Il pourrait par ailleurs servir d’interrupteur dans l’éventualité d’une modulation « métabolique » comme discuté précédemment (cf. IX.C.). Le message périplasmique est donc intégré par le domaine PAS au travers de l’hélice de jonction H19, pourvu qu’il soit suffisamment stable, et ce message influence son interface dimérique. La conformation de l’hélice Jα résulterait de l’intégration des divers signaux au niveau du domaine PAS et serait représentative de l’activité de l’histidine-kinase immédiatement sous- jacente (figure 88). Le positionnement des interfaces dimériques entre ces hélices Jα et, in fine, entre les hélices du domaine DHp, pourrait être une clé de l’activité du système comme proposé en VIII.B.1. L’état actif ou inactif représenterait alors le bon positionnement ou non de cette interface de dimérisation, un état intermédiaire pouvant refléter une conformation
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intermédiaire ou une instabilité de cette interface, en correspondance avec l’état respectif des domaines VFT, des hélices de jonction H19 et des domaines PAS du dimère de BvgS.
Un modèle de la structure de BvgS, de sa portion N-terminale à son domaine histidine-kinase, a été créé à partir de la structure des domaines périplasmiques et sur base de la structure d’homologues. Bien qu’imparfait, ce modèle permet de mieux se rendre compte des tailles respectives des différents domaines, et plus particulièrement de la longueur des hélices de jonction, notamment H19, ainsi que de l’organisation centrale en domaine « coiled-coil » depuis cette hélice jusqu’au domaine histidine-kinase (figure 89). Un tel modèle, représenté avec une membrane schématique, démontre bien les grandes contraintes subies par le domaine VFT2, étroitement maintenu entre la membrane interne, à proximité de son lobe 2, et les domaines VFT1, dans la conformation dimérique de la portion périplasmique. Il est alors d’autant plus vraisemblable que les modifications structurales apportées par la perception de l’acide nicotinique au niveau de ce domaine, soient limitées, mais suffisantes pour entraîner une modification de la conformation et/ou de la mobilité du domaine VFT1, qui « amplifierait » ce signal négatif, ou atténuerait le message positif normalement transmis par VFT1. La répercussion de ces modifications sur la conformation de l’hélice de jonction H19
Figure 88 Modèle schématique global de l’intégration des divers signaux dans la régulation de l’activité kinase de BvgS. Le dimère des domaines périplasmiques est figuré par une boule et les différentes hélices par des barres. Le domaine PAS est en bleu et l’interface dimérique est représentée par un rectangle plein. La boucle HI (en bleu) n’est représentée que lorsqu’elle contribue à la signalisation. Les domaines suivant le DHp ne sont pas représentés et seul les états actif ou inactif de la kinase sont mentionnés. La couleur rouge indique une conformation « active » des domaines, la couleur verte une conformation « inactive » (atteintes en présence de concentrations modulatrices de nicotinate particulièrement) et la couleur jaune une conformation intermédiaire (en présence de concentrations intermédiaires de modulateurs). L’étoile rouge dans la cavité du domaine PAS représente un ligand activateur possible (ou l’absence de ligand inhibiteur) et une étoile verte indique l’absence de ligand (ou la présence d’un ligand inhibiteur). La modulation chimique, représentée ici, correspond à divers degrés de modulation (état intermédiaire) par le nicotinate mais pourrait s’appliquer de même au sulfate de magnésium, voire à la température. La modulation métabolique reste hypothétique. Les membranes interne (MI) et externe (ME) sont représentées pour refléter la compartimentation des domaines.
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reste à étudier. Il est fort probable qu’un mécanisme de torsion / rotation de ces hélices intervienne dans la transduction du signal vers le domaine PAS, de même que pour les hélices de jonction Jα depuis le domaine PAS vers l’histidine-kinase (au travers de son domaine DHp).
Figure 89 Modèle d’une portion de BvgS allant de sa portion N-terminale au domaine histidine-kinase représentée au sein d’une bicouche lipidique schématique. Les domaines VFT1, VFT2, PAS et le domaine catalytique de l’histidine-kinase sont représentés en bleu dans un monomère et en rouge dans l’autre monomère. Le segment transmembranaire est en jaune au sein de l’hélice de jonction H19 figurée en vert. L’hélice de jonction Jα et le domaine DHp de l’histidine kinase sont représentés en nuance de vert. La membrane externe n’est pas représentée.
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