Les sous-classes de Msr

A l’exception de quelques MsrB « eucaryotes » qui ont une sélénocystéine catalytique, toutes les Msr possède une Cys catalytique conservée, en position 51 pour les MsrA et 117 pour les MsrB. Cependant, différentes sous-classes peuvent être distinguées en fonction du nombre et de la position des Cys impliquées dans le mécanisme de régénération (Boschi-Muller et al., 2005) (Figure 10 et 11).

1 10 20 30 40 50 60 70 | | | | | | | | E. c MSLFDKKHLVSPADALPGRNTPMPVATLHAVNGHSMTNVPDGMEIAIFAMGCFWGVERLFWQLPGVYSTAA B. s ---MS---EKKEIATFAGGCFWCMVKPFDEQPGIEKVVS N. m ---MNTRTIYLAGGCFWGLEAYFQRIDGVVDAVS Cons ---GCFW---G--- 80 90 100 110 120 130 140 | | | | | | | E. c GYTGGYTPNPTYREVCSGDTGHAEAVRIVYDPSVISYEQLLQVFWENHDPAQGMRQGNDHGTQYRSAIYPL B. s GYTGGHTENPTYEEVCSETTGHREAVQITFHPDVFPYEKLLELFWQQIDPTDAGGQFADRGSSYRAAIFYH N. m GYANGNTKNPSYEDVSYRHTGHAETVKVTYDADKLSLDDILQYFFRVVDPTSLNKQGNDTGTQYRSGVYYT Cons GY-GG---Y—---H-E-V----D---DP---Q--D-G--YR--I--- 150 160 170 180 190 200 210 | | | | | | | E. c PEQDAAARASLERFQAAMLAADDDRHITTEIANATPFYYAEDDHQQYLHKNPYGYCGIGGIGVCLPPEA-- B. s DKQKELAEASKQRLAESGIFKDP---IVTDILKAEPFYEAEGYHQHFYKKNPAHYQRYRTGSGRAGFISEH N. m PAEKAVIAAALKREQQKYQLP---LVVENEPLKNFYDAEEYHQDYLIKNPNGYCHIDIRKADEPLPGKT Cons ---AE--HQ----K-P--- 220 230 | | E. c --- B. s WGAK--- N. m KTAPQGKGFDAATYKKPSDAE Cons ---

Figure 10 : Alignement des séquences des MsrA d'E. coli (E. c), de B. subtilis (B. s) et de N. meningitidis (N. m).

Chacune de ces enzymes est représentative d’une des trois sous-classes de MsrA, qui diffèrent par la position des résidus Cys de recyclage impliqués dans le mécanisme de régénération (E. coli : C51/C198/C206 ; B. subtilis : C51/C54 ; N. meningitidis : C51/C198). La numérotation utilisée est basée sur celle de l'enzyme d'E. coli. Les structures secondaires indiquées sont celles correspondant à l'enzyme d'E. coli (Tete-Favier et al., 2000) : les hélices # sont indiquées par des traits rouges, les brins $ par des flèches bleues. Les résidus Cys sont indiqués sur fond jaune. La séquence consensus (cons) présente les résidus conservés à plus de 90 % dans les séquences des MsrA putatives extraites des banques génomiques (génomes entièrement séquencés).

La majorité des Msr possède deux Cys impliquées dans le mécanisme, conduisant à la formation d’un intermédiaire pont disulfure qui est réduit par la Trx. C’est le cas des MsrA de N. meningitidis et Bacillus subtilis, et des MsrB d’E. coli, de N. meningitidis et de Xanthomonas campestris. Certaines Msr ne possèdent elles que la Cys catalytique. C’est le cas en particulier de la MsrA de Clostridium sp. OhILAs, de la MsrB de Mycoplasma pulmonis, de la MsrB2 de souris, de la MsrB3 humaine, et de la MsrB1 d’Arabidopsis thaliana pour lesquelles la réduction de la Met-O conduit à la formation d’un intermédiaire acide sulfénique sur la Cys catalytique qui serait réduit soit par la Trx (cas des MsrB2 de souris et MsrB3 humaine), soit par le système glutathion/glutarédoxine (cas de la MsrA de Clostridium sp. OhILAs, de la MsrB de M. pulmonis et de la MsrB1 d’A thaliana) (Kim et Kim, 2008 ; Lee et Kim, 2008 ; Neiers, 2007 ; Tarrago et al., 2009 ; Kim et al., 2011).

#1 " 1 #2 "3 #5 #6 #3 ’ #3’ ’ # 4 "1’ #3 "2

0 10 20 | | | E. c ---MANKPSAEELKKNLSEMQFYTQV N. m ---MTYKKPSDAELKRTLTEEQYQTQV M. p ---MNKTKEQRLKELTTLQYKTQV X. c ---MSQFDLTPPSPAQRDALIAGLSDEEQRLLV Cons 30 40 50 60 70 80 | | | | | | E. c NHGTEPPFTGRLLHNKRDGVYHCLICDAPLFHSQTKYDSGCGWPSFYEPVSEESIRYIKDLSHGMQ N. m NSATEYAFSHEYDHLFKPGIYVDVVSGEPLFSSADKYDSGCGWPSFTRPIDAKSVTEHDDFSYNMR M. p EGQTEKAFDNEYNNHYEEGIYVDIVDGTPLFKSQDKYNSGSGWPAFTSPIKKDEIVENADFSYGLR X. c HHGTEAPFCGVFLDNKLDGVYTCRLCGLPLRSNAKFDFSGTGWPSFFAPYDPAHVREIRDTGYGMI Cons ---G---LF-S---GWP-F---D--- 90 100 110 120 130 | | | | | E. c RIEIRCGNCDAHLGHVFP-DGPQPT-GERYCVNSASLRFTDGENGEEING---N. m RTEVRSHAADSHLGHVFP-DGPRDKGGLRYCINGASLKFIPLEQMDAAGYGALKSKVK-- M. p RVEVKSKNAQSHLGHVFT-DGPKDKGGLRYCINSAALRFIPKKDLEKEGYKEYLKLFED- X. c RTEIVCARCDSHLGHVFP-DGPPPT-GERHCLNSVSLAFTEDGQPLPNPLQRAGADTQPA Cons R-E---HLGH-F----P---R-C-N---

Figure 11 : Alignement des séquences des MsrB d’E. coli (E. c), de N. meningitidis (N.

m), de M. pulmonis (M. p), et de X. campestris (X. c).

Les MsrB peuvent être divisées en trois sous-classes selon le nombre et la position des Cys impliquées dans le mécanisme de recyclage : deux Cys (cas de N. meningitidis et d’E. coli avec la Cys de recyclage en position 63, et de X. campestris avec une Cys en position 31) ou une seule Cys (cas de M. pulmonis). Certaines MsrB possèdent quatre Cys supplémentaires, impliquées dans la fixation d’un métal (cas d'E. coli et de X. campestris). La numérotation utilisée est celle de l'enzyme d'E. coli. Les structures secondaires indiquées sont celles correspondant à l'enzyme de N. gonorrhoeae (Lowther et al., 2002) : les hélices # sont indiquées par des traits rouges, les brins # par des flèches bleues. Les résidus Cys impliqués dans la chélation d’un ion métallique sont indiqués sur fond bleu, les autres Cys sont indiquées sur fond jaune. La séquence consensus (cons) présente les résidus conservés à plus de 90 % dans les séquences de MsrB putatives extraites des banques génomiques (génomes entièrement séquencés).

Enfin, il existe une sous-classe de MsrA qui possède trois Cys impliquées dans le mécanisme. C’est le cas par exemple des MsrA d’E. coli et de souris pour lesquelles les Cys198 et 206 sont impliquées dans le mécanisme de régénération via la formation successive de deux ponts disulfures : le pont 51-198, puis 198-206, ce dernier étant celui préférentiellement réduit par la Trx. En absence de réducteur, la forme oxydée pont disulfure 198-206 peut réduire une seconde molécule de Met-O avec la formation d’un intermédiaire oxydé acide sulfénique sur la Cys51 et du pont disulfure 198-206. Une étude récente, réalisée sur la MsrA de souris, a montré que cette forme oxydée possède une activité oxydase in vitro vis-à-vis de résidus Met, en absence de Trx (Lim et al. 2011) (Figure 12).

#6 #7 310 3 #8 3104 #9 "3 3105 "1 "2 310 2 #3 #4 #2 #1 310 1 "2 #5

Cette enzyme possède donc une double activité réductase et oxydase. Un mécanisme de régulation de ces deux activités a été proposé, dépendant de l’accessibilité du l’extrémité C-terminale, appelée domaine par les auteurs, contenant les deux Cys de régénération. Ainsi, quand ce domaine est accessible à la Trx, l’activité réductase serait prédominante, dans le cas contraire, probablement via la fixation d’une protéine régulatrice sur le domaine C-terminal, l’activité oxydase serait prédominante (Figure 13).

Figure 12 : Mécanisme proposé pour l’activité oxydase de la MsrA de souris (adapté d’après Lim et al., 2011).

Etape (I) : le doublet libre de la Met réalise une attaque sur l’atome du soufre de l’acide sulfénique, ce qui conduit à la formation de l’intermédiaire sulfonium et à la libération d’une molécule d'eau via une catalyse acide assistée. Etape (II) : une molécule d'eau activée attaque le soufre du sulfonium pour former un état de transition de type sulfurane. Etape (III) : La cassure de la liaison S-S de l’intermédiaire sulfurane, favorisée par une catalyse basique, conduit à la libération de la Met-O et la restoration de l’enzyme sous sa forme réduite.

Figure 13 : Schéma du mécanisme potentiel pour la régulation des activités réductase et oxydase de la MsrA de souris (adapté de Lim et al., 2011).

Lorsque le domaine C-terminal, contenant les Cys de recyclage, est accessible, la MsrA possède une activité réductase (A). Si ce site est occupé par une autre protéine appelée ici « protéine de régulation », la MsrA possède une activité oxydase (B). La C72 correspond à la C51 de la MsrA d’E. coli.

Indépendamment de ces différentes classes, plusieurs MsrB possèdent également deux motifs C45XXC48 et C94XXC97 permettant la fixation d’un cation métallique Zn²⁺. C’est notamment le cas pour les MsrB d’E. coli et de X. campestris.