Site d’interaction
5.3.1)
Comme les autres membres de la famille SM / L-SM, Hfq interagit très fortement avec l’ARN. Ces interactions se font principalement au niveau de séquence poly(U) ou ayant un motif répété (ARN) n en amont et/ou en aval d’une structure en tige boucle [7,344,345]. En
fonction de la séquence de l’ARN, la fixation d’Hfq sur ce denier peut se faire au niveau de trois régions spécifiques : la face distale, la face proximale et l’anneau externe (Figure 26) [7]. 5.3.1.1) Interaction avec la face proximale
La face proximale de la protéine Hfq correspond à la surface de la protéine présentant l’hélice α. Il a pu être montré lors d’études de cristallographie que cette région de la protéine Hfq se lie de préférence avec des séquences d’ARN riche en U [325]. En effet, au cours de cette étude, la protéine Hfq de Staphylococcus aureus a été cristallisée avec un oligonucléotide de séquence 5’ -AUUUUUG-3’ (Figure 26 A). L’analyse de ce cristal a pu montrer que cet ARN se lie en anneau à la surface proximale de la protéine, plus précisément au niveau du pore central de la protéine. Cette liaison se fait par l’intermédiaire des 6 premiers nucléotides de l’ARN qui vont chacun interagir avec un des protomères de la protéine,
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laissant la guanine en 3’ exposée. D’autres structures de protéines Hfq de S. aureus ou d’E.
coli en complexe avec des ARN polyU ont par la suite été obtenus [31,339,342,346]. Ces
structures montrent un mécanisme similaire de liaison de l’ARN au niveau du pore central où un nucléotide interagit avec un protomère d’Hfq. Plus précisément, ces interactions se font au niveau principalement avec les acides aminés aromatiques (Phe42 pour E. coli et tyrosine 42 (Tyr42) pour S. aureus) présents sur chaque protomère au niveau du pore central. Plusieurs autres acides aminés présents dans la même région permettent de stabilise ces interactions comme la glutamine 8 (Gln8), la lysine 41 (Lys41), Lys57 et l’histidine 58 (His58). D’autres études incluant des techniques de mutagenèse ont permis de montrer l’implication d’acide aminé présent dans d’autres régions de la face proximale d’Hfq impliqué dans les interactions avec les ARN comme l’acide aspartique 9 (Asp9), la leucine12 (Leu12), la Phe39, l’Asp40 et la Tyr55 [347-350].
5.3.1.2) Interaction avec la face distale
La face distale de la protéine Hfq correspond à la face opposée à la face proximale. Cette face de la protéine Hfq a une forte affinité pour les séquences d’ARN riche en purines. En effet, l’affinité d’Hfq pour les séquences riches en adénosine est connue depuis 1980 [351]. Depuis, les différentes études réalisées chez E.coli ont permis d’affiner ce résultat jusqu’à identifier un motif répété (ARN) n (A, Adenosine ; R, Purine ; N, tous les nucléotides)
[10,253,346,352,353]. La cristallisation de protéine Hfq avec des séquences d’ARN polyA ou ayant le motif (ARN) n a permis de confirmer l’affinité de la face distale pour ce type de
séquence ainsi que de comprendre comment cette séquence d’ARN se lie à la protéine Hfq (Figure 26 C) [31,336,346,354].
Chez E. coli, ces interactions se font par l’intermédiaire de trois sites présent sur la face distale de la protéine et interférant chacun avec un des nucléotides du motif (ARN) n. Le
site A, interagissant avec l’Adénosine, est situé entre les feuillets β2 et β4. Cette liaison est également stabilisée par l’intermédiaire de liaison hydrogène entre le résidu Gln33 et la base adénine ainsi que par des interactions polaires avec les résidus Leu32 et la Gln52. Le site R est dans une poche hydrophobe formé entre les feuillets β4 et β5 de deux différents protomères d’Hfq. Cet interstice permet une forte interaction entre la base purine du nucléotide et les résidus Tyr25, Leu26, isoleucine 30 (Ile30) et Leu32. De surcroit, des interactions entre ce nucléotide et le résidu Gln52 permettent de lier les sites A et R. Le site R est présent sur la surface de la face distale de la protéine. Il discrimine faiblement les séquences d’ARN et semble être le point d’entrée et de sortie des ARN interagissant avec la
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face distale de la protéine Hfq (Figure 26 C). De plus des études complémentaires de mutagenèse ont permis de confirmer l’importance de certains de ses acides aminés dans la stabilisation des interactions entre les ARN et Hfq [347,349].
Bien que la protéine Hfq de bactéries à Gram positive comme S. aureus et B. subtilis interagissent également avec les ARN polyA avec leur face distale, le motif d’ARN identifié est différent et de séquence (RN) n (R, Purine ; N, tous les nucléotides). Cette différence dans
la séquence de reconnaissance est due au fait que la face distale d’Hfq des bactéries à Gram positives ne possède que deux sites d’interaction : le site R et le site L [336,355]. Le site R, ayant une forte affinité pour les purines et surtout l’adénosine, forme une poche entre les feuillets β2 et β2’ de différent protomère d’Hfq. Cette liaison entre Hfq et la purine se fait via des interactions entre cette dernière et les résidus Phe25 du feuillet β2 du premier protomère ainsi que des résidus Phe26, Leu27, Phe30 et la méthionine 32 (Met32) du feuillet β2 du second protomère. De plus, différents types d’interactions chimiques vont permettre de stabiliser cette liaison, notamment avec l’asparagine 28 (Asn28) et la Gly29. Le site L se trouve au niveau du résidu Gln31 présent sur la face distale de la protéine. Ce dernier interagit avec le ribose du nucléotide adjacent à l’adénosine entrainant un changement de sa conformation et permettant une stabilisation de la liaison. D’autres interactions ont également lieu avec le résidu arginine 32 (Arg32) chez B. subtilis et le résidu Lys33 chez S. aureus permettant là aussi de stabiliser les interactions entre l’ARN et la protéine Hfq.
5.3.1.3) Interactions avec l’anneau externe
À l’inverse des faces distales et proximales, les interactions entre les ARNs et l’anneau externe de la protéine n’ont pas été découvertes par des études de cristallographie, mais par des expériences de mutagenèse. Ces différentes expériences ont permis d’identifier que ces interactions étaient principalement dues à une triade d’arginine présente sur cette surface : les résidus Arg16, Arg17 et Arg19 (Figure 26 B) [337,349,356,357]. Cette triade interagirait avec les séquences d’ARN polyU et aurait pour but de stabiliser le complexe ARN/Hfq ainsi que de faciliter les interactions ARNm/ ARNs [357,358]. Récemment, il a également pu être montré que les résidus acides présents dans la région proche de la triade d’arginine joué un rôle dans la sélectivité de cette dernière pour les ARN [359,360].
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Figure 26 :Surface d’interaction entre Hfq et les ARN
A) Structure cristallographique de l’hexamère d’Hfq en vue proximal, de l’anneau externe et distal (PDB = 1HK9) [21]. Les sites d’interactions avec les ARNs sont représentés en couleur : Rouge pour la face proximale, Bleu pour l’anneau externe et Vert pour la face distal. B) Structure cristallographique de l’hexamère d’Hfq lié à un ARN A (U)6 A en vue
proximal et de l’anneau externe (PDB = 3RER) [30]. C) Structure cristallographique de l’hexamère d’Hfq lié à un ARN poly (A)7 en vue distal et de l’anneau externe (PDB =
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