Mod`eles de m´etallochaperonnes

Comme nous l’avons vu section 1.2.2, les m´etallochaperonnes sont des transporteurs du cuivre(I) au sein des cellules. Elles fixent le cuivre par les fonctions thiols des cyst´eines contenues dans la boucle de liaison du m´etal (MXCXXC). Nous avons aussi vu que les m´etaux tels que le mercure, le cadmium et le plomb ont une affinit´e pour ce type de prot´eines riches en cyst´eines. L’´elaboration de mod`eles de m´etallochaperonnes a donc un int´erˆet dans la d´ecorporation et la d´epollution (des sols, de l’eau. . .) de ces m´etaux, mais aussi un int´erˆet potentiel dans la conception de senseurs biologiques du zinc(II) ou du cuivre(I). Cependant peu de mod`eles sont rapport´es dans la litt´erature.

Transporteur contenant la s´equence MXCXXC : La prot´eine MerP intervient dans

le m´ecanisme de d´etoxication du mercure(II) dans les bact´eries. En effet, MerP, prot´eine p´eriplasmique, joue un rˆole dans la prise en charge et l’internalisation du m´etal au travers de la membrane interne de la bact´erie. A l’image de la prot´eine Atx1 (analogue de Atox1 chez la levure), la prot´eine MerP poss`ede une s´equence consensus MxCxxC au niveau de

son site de liaison m´etallique.

Les travaux d’Opella et Steele [199], sur la prot´eine MerP, montrent une g´eom´etrie lin´eaire du mercure au sein de la prot´eine. En effet, le d´eplacement chimique obtenu par RMN du mercure est de -816 ppm valeur en accord avec les syst`emes bicoordonn´es ca- ract´eris´es par O’Halloran et coll [186].

D’autres travaux, par RMN du 199_{Hg, r´ealis´es par la mˆeme ´equipe sur un mime de la}

boucle MXCXXC (peptide de s´equence GMTCAAC [200]) mettent aussi en ´evidence la formation d’une esp`ece bicoordin´ee lin´eaire (δ ≈ -800 ppm). Il n’y a pas d’observation de dim´erisation du syst`eme pour les cations Cd(II) et Zn(II) qui pr´ef`erent un environnement t´etracoordin´e.

Enfin, d’autres ´etudes ont ´et´e men´ees sur des mod`eles peptidiques de 10 acides amin´es propos´es par Delangle et coll. Ces peptides miment la boucle de liaison du m´etal MXCXXC des m´etallochaperonnes (Fig 39). La position et le choix de l’arginine (acide amin´e charg´e), permet de mimer le rˆole de la Lys65 dans la boucle de liaison et de solubiliser le syst`eme. Par des ´etudes spectroscopiques, ces auteurs montrent que les peptides, cycliques ou lin´eaires,

sont capables de complexer les m´etaux d10 _{sous forme de complexes monom´etalliques.}

Figure 39 – Structure des mod`eles peptidiques, en haut : PC_{, en bas :P}L _[201]

Notons que dans le peptide cyclique, un coude de type β de motif XPGX a ´et´e posi- tionn´e dans la s´equence pour jouer un rˆole dans la structuration du syst`eme. Non seulement, ce coude rigidifie le peptide, mais il rapproche aussi les deux cyst´eines pour une meilleure complexation. Ce coude et la cyclisation du peptide, permettent une pr´e-organisation du syst`eme, tout en limitant la contribution entropique d´efavorable, lors de la complexation du m´etal.

Les ´etudes physico-chimiques par UV-visible et RMN199_{Hg (pour P}C_{, δ = -937 ppm [202])}

mettent en ´evidence la formation de syst`emes monom´etalliques dicoordin´es pour les m´etaux cuivre(I) et mercure(II) et t´etracoordin´es pour les m´etaux cadmium(II), plomb(II) (Table 19).

PC PL λ ∆ǫ M−1 _cm−1 _{λ ∆ǫ M}−1 _cm−1 1:1 HgP 220 12 500 220 12 450 250 1300 250 1200 1:1 CdP 221 13 000 225 10 000 1:1 PbP 315 3100 315 3300 1:1 CuP 261 8800 261 8600 1:2 PbP2 335 4000 340 5200 1:2 CdP2 240 25 000 240 20 000 Table _{19 – Bande LMCT S}− _{→ M}2+,+ _[201]

Des mesures d’affinit´e ont ´et´e r´ealis´ees sur ces deux peptides mod`eles vis `a vis des

m´etaux d10 _{(Table 20). Ces mesures montrent une affinit´e d´ecroissante de Hg(II) >}

Cu(I) > Cd(II) > P b(II) > Zn(II). Les affinit´es ont ´et´e calcul´ees selon les ´equations 11 et 12. M (II) + 2P = M (P )2 log β12 (11) M (II) + P = M (P )2 log β11 (12) M log βpq PC PL Pb(II) log β11 8.0(1) 7.5(2) log β12 12.5(7) 11.6(1) Cd(II) log β11 9.2(1) 8.3(2) log β12 15.6(1) 14.8(6) Zn(II) log β11 6.8(2) 6.3(3) log β12 13.0(5) 12.2(1) Hg(II) log β11 > 18.6 > 18.4 Cu(I) log β11 16.6(1) 16.4(1)

Table 20 – Constantes d’affinit´e `a pH = 7.0 [202]

Ces mod`eles de m´etallochaperonnes montrent une tr`es forte affinit´e pour le cuivre(I) et le mercure(II). L’affinit´e pour le cuivre(I) est du mˆeme ordre de grandeur que celle des m´etallochaperonnes [35]. Notons aussi qu’ils ont une forte s´electivit´e cuivre(I)/zinc(II), d’environ dix ordres de grandeur.

4

Probl´ematique

4.1

Pr´eambule

Dans ce chapitre, nous avons montr´e l’importance du cuivre dans de nombreux processus biologiques, mais aussi la n´ecessit´e de r´eguler sa concentration, puisqu’en cas d’exc`es il devient toxique (r´eaction de type Fenton). L’hom´eostasie du cuivre implique de multiples prot´eines dont le dysfonctionnement entraˆıne de graves cons´equences notamment l’apparition de stress oxydant. Ceci est observ´e dans certaines maladies neurod´eg´en´eratives et g´en´etiques et l’utilisation de ch´elateurs, comme agents th´erapeutiques, semble une bonne voie pour am´eliorer l’´etat des patients. Enfin, le rˆole des prot´eines riches en cyst´eines dans le transport et la d´etoxication des m´etaux ou lors d’intoxication par des m´etaux, est tr`es important. Pour cette raison, de nombreuses ´etudes de spectroscopies (diffraction des Rayons X, EXAFS, UV-visible, Dichro¨ısme circulaire, RMN. . .) ont ´et´e r´ealis´ees sur des mod`eles ou directement sur les prot´eines en question. Ces travaux ont

permis de d´eterminer la g´eom´etrie et la coordination des m´etaux d10 _{au sein de ce type}

de prot´eines.

Revenons au cas des ATPases ATP7A et ATP7B. Dans les cellules, elles ont deux rˆoles : donner le cuivre aux prot´eines du Golgi qui en ont besoin et l’excr´eter quand ce dernier atteint une concentration toxique pour la cellule. Lors de la maladie de Wilson, le g`ene codant pour ATP7B est d´eficient, la prot´eine est donc inactive ou non fonctionnelle. Le cuivre(I) s’accumule donc dans les cellules du foie. Les traitements actuels pour soigner cette maladie agissent en amont. Ils tentent de limiter l’absorption du cuivre au niveau intestinal ou d’augmenter la production de m´etallothion´eines qui vont s´equestrer le m´etal. Les ch´elateurs actuels n’agissent donc pas sur le foie qui est pourtant le premier organe touch´e et souvent le point le plus critique pour sauver la vie du patient. Notons que ces ch´elateurs ne sont pas sp´ecifiques du cuivre, ils peuvent aussi ch´elater le zinc (deux ordres de grandeur de diff´erence entre les affinit´es).

Les mod`eles de m´etallochaperonnes d´ecrits au laboratoire par Delangle et coll. miment et reproduisent la boucle de liaison du m´etal MXCXXC. Ils ont une tr`es forte affinit´e pour le cuivre(I), du mˆeme ordre de grandeur que celles des m´etallochaperonnes. Leur s´electivit´e pour le cuivre(I) par rapport au zinc(II) en font des agents th´erapeutiques potentiels de la maladie de Wilson. Pareillement, leur forte affinit´e pour le mercure(II) en font des agents potentiels de d´ecorporation de ce m´etal.

Ces premiers r´esultats encourageants nous ont donc conduits `a proposer de nouveaux ch´elateurs s´electifs du cuivre(I) qui ont ´et´e ensuite fonctionnalis´es afin de cibler le foie pour les malades atteints de Wilson.