Au sein de BvgS, un domaine PAS cytoplasmique est retrouvé entre le segment transmembranaire et le domaine kinase. Ainsi, il aurait vraisemblablement une fonction de transmission et servirait de relais pour la transduction d’informations des domaines senseurs périplasmiques jusqu’au domaine enzymatique, la kinase. Une fonction supplémentaire de perception d’un signal cytoplasmique est possible, mais rien n’est connu à ce sujet.
Des alignements de séquences du locus bvgAS provenant d’isolats de B. pertussis, B.
bronchiseptica et de B. parapertussis ont permis de mettre en évidence la remarquable
conservation de ce domaine dans BvgS, soulignant son importance fonctionnelle (Herrou et al., 2009). L’étude du rôle du domaine PAS de BvgS a alors été initiée au laboratoire.
Le domaine PAS exprimé chez E. coli sous forme de protéine recombinante est dimérique, laissant à penser qu’il le serait également chez B. pertussis étant donné que l’activité kinase nécessite une dimérisation. Notons qu'aucun ligand covalent n’a pu être identifié pour la protéine recombinante grâce à des analyses de spectrométrie de masse native. Des essais de cristallisation du domaine PAS ont été entrepris mais se sont révélés infructueux. Un modèle du domaine PAS a alors été construit in silico sur base de la structure cristallographique d’un homologue du domaine PAS de BvgS présentant aussi de longues hélices N-terminales (Fig. 50).
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Figure 50 : Modèle structural du domaine PAS de BvgS sur base de la structure cristallographique d’un homologue proche provenant de Haloarcula marismortui (code PDB 3BWL). Ces deux domaines possèdent des propriétés physicochimiques similaires au niveau de la région N- terminale avec la présence de nombreux résidus chargés. En jaune, sont représentés les résidus dont les substitutions abolissent la réponse de BvgS à la modulation. Extrait de Dupré et al., 2013.
Pour étudier plus en détail la fonction sensorielle du domaine PAS de BvgS, des substitutions ont été réalisées au niveau de la cavité du domaine, en ciblant des résidus généralement impliqués dans la fixation de ligands dans d’autres domaines PAS. Ainsi, des résidus histidine, cystéine, et d’autres résidus, susceptibles de participer respectivement à la fixation d’un hème, la perception du potentiel rédox, ou la fixation d’autres ligands dans les domaines PAS les plus proches, ont été substitués en alanine. Ces substitutions n’ont pas permis de mettre en évidence de ligand ou co-facteur pour le domaine PAS de BvgS (Dupré et al., 2013). Il avait été proposé antérieurement que BvgAS percevrait des signaux rédox par l’intermédiaire de son domaine PAS (Bock and Gross, 2002). Ces auteurs avaient rapporté que la présence d’ubiquinone-0 (Q-0) oxydée à des concentrations µM permettait d’inhiber l’activité kinase d’un troncat soluble de BvgS in vitro, contrairement à la Q-0 réduite qui était sans effet sur l’activité de BvgS. Les quinones sont des transporteurs d’électrons localisés dans la membrane, qui interagissent avec des protéines des chaines respiratoires. Leur état d’oxydation renseigne donc sur l’état rédox de la cellule. Le domaine PAS de BvgS semblait de plus comporter un motif de liaison de quinone au niveau de son connecteur hélical ([aliphatique-(X)3-H-(X)2,3-(L/T/S)]). Des mutations de ce motif et de l’échafaud β n’ont cependant pas eu d’effet drastique sur la perception de quinones par BvgS. L’hypothèse des quinones reste donc non validée, d’autant que ces auteurs avaient utilisé des analogues solubles de quinones (Bock and Gross, 2002). Cependant, l’idée que le domaine PAS sentirait l’état métabolique de la bactérie reste envisageable.
Un grand nombre de mutations dans le domaine PAS de BvgS induisent une insensibilité aux modulateurs chimiques. Ces mutations sont retrouvées essentiellement dans une boucle du noyau du PAS orientée vers l’hélice flanquante N-terminale ou dans l’hélice N-terminale elle- même (Fig. 50). Ces mutations affecteraient la connexion entre le noyau du PAS et ses hélices flanquantes et/ou la stabilité du domaine (Miller et al., 1992; Manetti et al., 1994). Récemment, d’autres mutations conférant une insensibilité aux modulateurs ont également été obtenues dans la cavité du domaine (Dupré et al., 2013).
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En outre, l’activité de BvgS est fortement altérée en remplaçant certains résidus conservés critiques, à l’interface entre le noyau du PAS et ses hélices flanquantes N- ou C-terminales, mais également dans la cavité. Ces hélices formeraient un enroulement d’hélices et pourraient contribuer à la stabilité du domaine lui-même. Un repliement stable du domaine PAS semble également nécessaire à l’activité de BvgS. Un rôle mécanique a donc été proposé. Le domaine PAS de BvgS aiderait au maintien de la tension/conformation imposée par les VFT et pourrait amplifier un signal conformationnel (Dupré et al., 2013).
Malgré tous ces éléments, le rôle du domaine PAS dans la signalisation au sein de BvgS reste obscur. Il est vraisemblable que ce dernier soit impliqué dans la transduction de signal jusqu’à la kinase indépendamment de la fixation putative d’un ligand. Si ce dernier permet la perception d’un ligand, il s’agirait d’un élément supplémentaire de régulation de l’activité de BvgS.
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V.
Transduction de signal
Différents domaines au sein d’une protéine peuvent être impliqués dans la transduction de signal, tels que les domaines HAMP (Histidine kinases, Adénylate cyclases, protéine acceptant un Méthyle et Phosphatases), PAS, GAF ou encore les enroulements d’hélices (en anglais ‘coiled coil’, terme que nous utiliserons de manière préférentielle pour décrire ces structures). Ces domaines de transduction sont souvent retrouvés dupliqués ou combinés au sein d’une même protéine (Bhate et al., 2015). Environ trois-quarts des senseurs-kinases de systèmes à deux composants présentent une jonction en hélice α dans la portion cytoplasmique (Liu et al., 2014).
Dans cette partie, nous nous intéresserons plus particulièrement aux enroulements d’hélices étant donné qu’au sein de BvgS de telles structures sont prédites entre les domaines périplasmiques et le domaine PAS et entre ce dernier et la kinase. Nous verrons aussi brièvement le rôle des domaines HAMP dans la signalisation.