La caractérisation des différents intermédiaires catalytiques de l’ATPase-Ca 2+ modifiée

l’ATPase-Ca

marquée par le SITS.

B.2.1 Les changements de l’intensité de fluorescence du SITS lié à la protéine.

L’intensité de fluorescence du SITS liée à l’ATPase-Ca2+, varie avec la fixation de différents ligands. L’étude de ces variations permet de caractériser les intermédiaires réactionnels qui apparaissent au cours du cycle catalytique.

Figure 30 -

de vésicules de RS marquées par le SITS. (A) 90 µM EGTA suivie de 100 µM Ca2+ (), puis 5 mM MgCl2. La phosphorylation s'effectue par addition de 10 mM d'AcP, puis addition de 5 mM EGTA et 5 mM Ca2+, (B) 10 µM thapsigargine (TG) et 5 mM EGTA, (C) 50 M ionomycine.

AcP Mg2+ EGTA TG

A

B

5 %

10 min

C ^{2 min}

5

D

Résultats

L’addition d’EGTA sur des vésicules de RS, provoque une diminution de l’intensité de fluorescence de 4 % par rapport à l’intensité initiale (Figures 30A). Cette variation caractérise la transconformation E1Ca2 vers la forme E2H3. L'addition de calcium permet le retour à la forme E1Ca2 et donc au signal de départ. L’addition de magnésium provoque une augmentation de l’intensité de fluorescence de 2 % et correspond à la fixation du Mg²⁺ au site nucléotidique. Ce niveau de fluorescence caractérise la forme E1Ca2Mg(Figures 30A). L’addition d’AcP induit une augmentation de l’intensité de fluorescence du FITC d’environ 10 % par rapport à l’intensité initiale (Figure 30A). La présence d’un ionophore calcique, l’ionomycine, réduit dramatiquement l'amplitude du signal (Figure 30B), la formation d'un gradient calcique est donc importante. La chélation du calcium extravésiculaire par l’addition d’EGTA, induit une décroissance lente de l’intensité de fluorescence de 15 % (Figure 30A, t1/2  5 min). Le signal revient au niveau de la forme E2H3. L’addition de thapsigargine ne produit pas d’effet. La décroissance du signal est plus rapide lorsque la thapsigargine est ajoutée en premier suivie de l’addition de l’EGTA (Figure 30C, t1/2  1 min). L’addition d’ionomycine induit une chute brutale de l’intensité de fluorescence du SITS, encore plus rapide que les deux précédentes (Figure 30D).

B.2.2 Le transport et l’accumulation de ⁴⁵Ca²⁺ par la SITS-ATPase.

Nous avons mesuré l’accumulation du ⁴⁵Ca²⁺ en présence d’AcP, à partir de vésicules dont les protéines ont été marquées par le SITS (Figure 31). Dès les premières secondes (30 s), nous observons que 13 nmoles de ⁴⁵Ca²⁺ sont liées par mg de protéine, ce qui correspond à l’occupation rapide des sites de haute affinité pour le calcium (Figure 31, losanges pleins). Puis, nous observons une augmentation lente du taux de ⁴⁵Ca²⁺ au cours du temps, ce qui correspond à une accumulation du calcium dans les vésicules (Figure 31, losange plein).

Cette cinétique est proche de celle déterminée à partir d’ATPases-Ca2+ non modifiée (résultat non présenté). En présence d’AcP, la SITS-ATPase est donc toujours capable de transporter et accumuler du calcium dans les vésicules, qui sont restées étanches après le marquage. L’addition de ionomycine permet la sortie rapide du ⁴⁵Ca²⁺ accumulé dans les vésicules (Figure 31, losange vide). Il reste un résiduel de 4 nmoles de 45Ca2+ par mg de protéine encore liées à la SITS-ATPase. Les additions d’EGTA (Figure 31, carrés vides) ou de thapsigargine (Figure 31, cercles vides) induisent

Résultats

également une libération du ⁴⁵Ca²⁺ accumulé. Néanmoins, la sortie du calcium est plus importante en présence d’EGTA. La cinétique de dissipation du gradient de ⁴⁵Ca²⁺ par l’addition de ionomycine (t1/2  0,5 min), ne correspond pas à celle induit par l’addition d’EGTA (t1/2 10 min) ou de thapsigargine (t1/2

 2 min). Dans un cas, le calcium accumulé est libéré rapidement via l‘ionophore inséré dans la bicouche lipidique, dans l’autre cas, le calcium accumulé est libéré plus lentement via la SITS-ATPase. Enfin, le calcium libéré par la présence de thapsigargine ( 10 nmol/mg) correspond uniquement au calcium lié à la protéine.

B.2.3. La phosphorylation de l’ATPase-Ca²⁺ marquée par le SITS à partir de [³²P]AcP en présence de calcium.

Après l’addition de [32P]AcP (temps zéro), nous observons une accumulation rapide de phosphoenzyme au cours du temps (t1/2  0,5 min). Le taux maximal de phosphorylation, obtenu dans ces conditions, est de 6 nmoles/mg de protéine (Figure 32, losanges pleins). La majorité des SITS-ATPases sont phosphorylées (>75 %). Après la phosphorylation, l'addition d’EGTA (Figure 32, carrés vides) ou de thapsigargine (Figure 32, cercles vides) induit une déphosphorylation des protéines. La chute du taux de phosphoenzyme est plus rapide après l’addition de thapsigargine (t1/2  1 min) qu’après celle de l’EGTA. Dans ce dernier cas, la cinétique de déphosphorylation n’est pas

Figure 31 -

d'accumulation et de libération de ⁴⁵Ca²⁺ par la SITS-ATPase en présence d'AcP – losange plein :

cinétique d'accumulation du calcium, losange vide : 0,01 mg/ml ionomycine, carré vide : 5 mM EGTA et cercle vide : 15 M TG.

0

2

5

0 1 2 3

Ca

accumulation, nmol/mg

Temps, min

Résultats

monoexponentielle. Nous observons une première déphosphorylation rapide de 2 nmol/mg de protéine (t1/2 1 min), puis une deuxième plus lente avec une vitesse similaire à celle observée pour la libération du calcium induite par l’EGTA (t1/2  7 min). Il semble donc que deux types de dérivé phosphorylé, c'est à dire E1Ca2P et E2H3P, coexistent dans des proportions un tiers, deux tiers.

Nous pouvons en conclure que (i) l’augmentation de l’intensité de fluorescence du SITS de 10 % après l'addition d’AcP sur la forme E1Ca2Mg (Figure 30A), caractérise l’accumulation de phosphoenzyme, concomitante au transport et à l’accumulation du calcium dans les vésicules (Figure 31), (ii) la décroissance du signal de fluorescence après les additions d’EGTA ou de thapsigargine (Figure 30A), correspond à une déphosphorylation de la SITS-ATPase (Figure 32), concomitante à la libération du calcium lié et/ou accumulé (Figure 31), (iii) aucun dérivé phosphorylé covalent stable EP ne peut être obtenu à partir de SITS-ATPase, dans les conditions qui permettent de l’obtenir à partir de FITC-ATPase. Ces résultats suggèrent donc que le FITC participe directement à la stabilisation du dérivé phosphorylé par interaction avec des acides aminés de la protéine.

Temps, min

[

P]-EP, nmol/mg

0

4

8

0 10 20 30

Figure 32 -

effectuée à partir de vésicule de SR dont les protéines sont marquées par le SITS (1 mg/ml) et en présence de calcium et [32P]AcP. Après la phosphorylation complète, nous avons ajouté 5 mM EGTA : carrés vides ou 12 M thapsigargine : cercles vides.

EGTA

Résultats