Diversité des AAA+

Les ATPases (ou NTPases) jouent un rôle crucial dans la transformation de l’énergie

chimique en événements biologiques. Il existe de nombreux types de NTPase dans la cellule, la classe la plus commune est celle des NTPases type Walker (« Walker-type-NTPases ») qui sont définies par leur motifs Walker A (ou P-loop) et B conservés, intervenant dans la fixation

et l’hydrolyse des NTPs.

Les protéines AAA+ (« ATPases Associated with diverse cellular Activities ») forment une superfamille vaste et diversifiée trouvée dans tous les organismes. Ces protéines se rassemblent généralement sous forme de complexes d’hexamères cycliques qui sont

impliqués dans le remodelage énergie-dépendant des macromolécules (Iyer et al, 2004). Les membres de la superfamille AAA+ contiennent un module ATPase très conservé de 200-250

Figure 13 : fit en « rigid body » des modèles atomiques des sous-unités du complexe 19S.

Des modèles atomiques des sous-unités du protéasome

26S de S. cerevisiae fittés dans la carte de densité

électronique en état fondamental (Ground State) du protéasome (haut) et en état du traitement du substrat (Substrate-Processing State) (bas). Les sous-unités Rpn9/5/6/7/3/12 sont colorées en vert avec différentes nuances. Rpn8/Rpn11en magenta claire et foncé, Rpn10 et Rpn13 en violet, Rpn1 en brun, Rpn2 en jaune.

L’hexamère AAA-ATPase en bleu et la particule catalytique en rouge. Les flèches rouges indiquent les Rpns sélectionnés et la densité non-attribuée (Asano et al, 2015).

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acides aminés qui comprend un domaine de noyau αβα où se trouvent les motifs Walker A et B de la P-loop NTPases (Ogura & Wilkinson, 2001).

Les protéines AAA+ sont impliquées dans une grande variété de fonctions cellulaires différentes (Fig. 14) comme le dépliement et la dégradation des protéines, la biogénèse des peroxysomes, la biosynthèse de la bactériochlorophylle ainsi que la recombinaison, la réplication et la réparation de l’ADN (Ogura & Wilkinson, 2001). Les protéines AAA+

comprennent le moteur moléculaire ‘la dynéine’, les hélicases impliquées dans la réplication de l’ADN, les chélatases du métal, et les protéines associées au protéasome. En raison de

leurs fonctions diverses, les protéines AAA+ peuvent être trouvées dans la plupart des compartiments subcellulaires de cellules eucaryotes, ainsi que chez les archées, bactéries et virus (Table 2). Il y a peu de corrélation entre le clade dont une protéine AAA+ appartient avec une activité de remodelage spécifique. Ceci suggère que l’évolution des protéines AAA+

a impliqué une émergence initiale d’un petit nombre de « clades » AAA+ définis que, par la

suite, ce nombre est élargi et adapté pour permettre le traitement d’une grande variété de cibles. En outre, l’émergence des protéines partenaires et des cofacteurs a augmenté la

diversité fonctionnelle des protéines AAA+ (Iyer et al, 2004).

Les analyses des structures et séquences révèlent que la superfamille AAA+ a subi des divergences considérables à la fois avant et depuis l’apparition du dernier ancêtre commun

des trois domaines de la vie, eucaryote, archée et bactérie (Iyer et al, 2004) (Neuwald et al, 1999) (Ammelburg et al, 2006). Des études phylogénétiques basées sur des informations de la séquence et de la structure divisent la superfamille des AAA+ en groupes, clades et familles définis (Erzberger & Berger, 2006) (Ammelburg et al, 2006). Les clades au sein de chaque groupe (Table 2) sont différenciés sur la base de la présence d’éléments structuraux distincts à

l’intérieur et autour du noyau AAA+. Cette classification met en évidence le fait que

beaucoup de ces lignées AAA+ ont évolué pour acquérir leurs différences fonctionnelles uniques. Les différents clades entrent dans cinq groupes majeurs comme indiqué dans la Table 2. Les membres de chacun des principaux groupes au sein de la superfamille des AAA+ peuvent être trouvés dans les trois grands domaines de la vie (Table 2).

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Les protéines AAA+ présentent une remarquable diversité des mécanismes d’action. Au cœur

de cette diversité est le moteur moléculaire des AAA+. La fixation, l’hydrolyse et la détection

de l’ATP sont médiées par un certain nombre de différents motifs et d’éléments de séquences

au sein du module AAA+. En général, l’hydrolyse est proposée d’associer l’extraction d’un

proton d’une molécule d’eau par le résidu glutamate du motif Walker B, activant ainsi la

molécule d’eau pour une attaque nucléophile ultérieur sur le γ-phosphate de l’ATP lié. La

lysine conservée et les résidus sérine/thréonine du Walker A acte pour lier les β- et les γ-

phosphate du nucléotide lié et de l’ion Mg2+, respectivement (Ogura & Wilkinson, 2001)

(Leipe et al, 2003). Au cours du processus d’hydrolyse, les domaines N-terminal et

C-terminal du module AAA+ se déplacent l’un par rapport à l’autre ce qui génère une force

mécanique qui peut être utilisée pour affecter les évènements de remodelage des molécules associées (Ogura & Wilkinson, 2001). Comme la plupart des protéines AAA+ fonctionnent en

tant qu’assemblages oligomériques, et comme les communications inter-sous-unités existent

entre les membres de ces assemblages, l’hydrolyse des nucléotides tout au long de l’anneau

permet aux assemblages AAA+ de fonctionner de manière efficace. Ce moteur moléculaire central est adapté à une grande variété de fonctions. Cela a généralement été accompli par des modifications structurales directes au sein du/des module (s) AAA+ eux-mêmes, et/ou par la

Figure 14 : Les diverses fonctions cellulaires des protéines AAA+.

Un diagramme schématique d’une cellule eucaryote hypothétique avec des organelles et assemblages

macromoléculaires représentatives. La localisation subcellulaire des protéines AAA+ et les processus auxquels elles participent sont indiquées. Les membres procaryotes sont aussi inclus. Les membres AAA sont en rouge et les autres membres AAA+ sont en vert (Ogura & Wilkinson, 2001).

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présence des domaines supplémentaires aux extrémités N-terminal et C-terminal du module AAA+ dans une protéine. Dans certains cas, ces domaines supplémentaires sont insérés dans

le module AAA+. Par conséquent, les membres de la superfamille AAA+ ont évolué d’une

manière telle qu’ils peuvent reconnaître une énorme variété de différents substrats et des

partenaires fonctionnels, permettant ainsi à l’énergie de l’hydrolyse de nucléotide à être

dirigée vers les différents évènements de remodelage. En effet, les diverses mécanismes utilisés par les protéines AAA+ sont aussi divers que le nombre de familles AAA+ qui existes.

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