Le motif ALPS dans la protéine ArfGAP1

Nous avons vu dans la partie 2.1.2 que la liaison de la protéine ArfGAP1 à la surface d’une vésicule naissante est couplée à son activité GTPasique (hydrolyse du GTP en Guanosine Diphosphate (GDP)) sur la protéine Arf1.

En 1997, Antonny et al. ont observé que l’activité GTPasique de la protéine Arf- GAP1 augmentait quand des lipides coniques étaient introduits au détriment de lipides cylindriques dans de grands liposomes, Large Unilamellar Vesicles (LUV), c’est-à-dire où localement la membrane est plate (Antonny et al., 1997).

Quelques années plus tard, Bigay et al. ont observé que l’activité de la protéine Arf- GAP1 augmentait lorsque le rayon des liposomes diminuait (de 150 à 30 nm) tout en conservant la même composition lipidique (Bigay et al., 2003).

Au vu de ces deux observations, Antonny et al. ont suggéré que la protéine ArfGAP1 était en fait sensible aux défauts de packing entre les lipides induits par la courbure de la membrane (Bigay et al., 2003).

Dans une membrane plate composée de lipides cylindriques (tête et queue de même taille), les têtes polaires des lipides sont serrées les unes aux autres afin de minimiser l’exposition des queues hydrophobes des lipides au solvant. Maintenant si la membrane se courbe (en diminuant le rayon du liposome), les têtes polaires des lipides du feuillet externe vont s’écarter les unes des autres afin de s’adapter à la forme convexe de la membrane, créant ainsi des défauts de packing entre les têtes polaires. Antonny et al. proposent que de tels défauts sont retrouvés dans une membrane plate composée de lipides cylindriques et coniques car la différence de forme entre ces deux types de lipide va induire plus d’espace entre les têtes polaires.

membrane était une région d’environ 40 acides aminés qu’ils nommèrent ALPS pour Am- phipathic Lipid Packing Sensor, en raison de son hypersensibilité aux défauts de packing entre les lipides (Figure 2.22).

Figure 2.22 – Adsorption du motif ALPS à la surface d’une membrane cour- bée. À gauche, la séquence du motif ALPS représentée en roue hélicoïdale avec les petits résidus polaires en mauve, les résidus chargés en bleu, les gros résidus hydrophobes en jaune et les petits résidus hydrophobes en gris. Au centre, vue schématique de la protéine ArfGAP1 à proximité d’une membrane plate. Le motif ALPS de la protéine ArfGAP1 est non structuré. À droite, insertion du motif ALPS de la protéine ArfGAP1 dans l’interface de la membrane courbée. Le motif ALPS est maintenant replié en hélice amphipathique. Tiré de Bigay et al. (2005).

Les expériences de CD révèlent que le motif ALPS est non structuré dans l’eau et se replie en hélice amphipathique à la surface de membranes très courbées. L’hélice amphi- pathique du motif ALPS diffère des hélices amphipathiques classiques telles que celles des peptides AMP par le manque de résidus chargés et donc l’abondance de petits résidus po- laires (essentiellement des sérines et thréonines) sur la face polaire et l’abondance de gros résidus hydrophobes (leucines, tryptophane, méthionine, phénylalanines et tryptophanes) sur la face apolaire.

En 2007, Mesmin et al. ont identifié un second motif dans la protéine ArfGAP1 (Figure 2.23) dont les propriétés physicochimiques sont similaires à celles du premier motif ALPS (Mesmin et al., 2007). Dans la suite du manuscrit, nous utiliserons la dénomination ALPS pour évoquer le premier motif ALPS découvert et la dénomination ALPS2 pour parler du second motif ALPS. Le motif ALPS2, se replie également en hélice amphipathique à la surface des membranes courbées. Toutefois, les résultats montrent que le motif ALPS est nécessaire dans l’interaction de ArfGAP1 avec les membranes et que le rôle du motif ALPS2 est de renforcer cette interaction. Il y a donc une coopération des motifs ALPS et ALPS2 pour l’interaction de ArfGAP1 avec la membrane.

De manière intéressante, le remplacement de gros résidus hydrophobes en petits ré- sidus hydrophobes affecte fortement l’avidité du motif ALPS pour des membranes lipi- diques, quelles soient de courbure faible ou fortement positive (Bigay et al., 2005). De ce

Figure 2.23 – Identification du second motif ALPS dans la protéine Arf- GAP1. Tiré de Mesmin et al. (2007).

fait, le motif ALPS ne peut évidemment plus agir comme un senseur de courbure. Ceci est à distinguer de la situation où le motif ALPS se lie à toutes les membranes qu’elles soient planes ou courbées suite à l’ajout de résidus chargés sur sa face polaire (Drin et al., 2007). Nous parlerons à ce moment réellement d’un motif ALPS qui bien que capable de lier les membranes devient insensible à la courbure. Un autre point intéressant issu de Bigay et al. (2005) à mentionner est que la présence ou non de lipides anioniques dans la membrane n’a que peu d’effet sur la liaison du motif ALPS aux membranes. C’est deux éléments expérimentaux envoient un message important : l’interaction du motif ALPS aux membranes est essentiellement basée sur des interactions hydrophobes.

Au vu de la perte de la sensibilité à la courbure suite à l’ajout de résidus chargés sur la face polaire de ALPS, on pourrait croire que la sensibilité à la courbure est dûe seulement au manque de résidus chargés. Toutefois, l’α-synucléine (protéine impliquée dans la maladie de Parkinson) présente de nombreux résidus chargés sur sa face polaire et est elle aussi sensible à la courbure membranaire (Ouberai et al., 2013; Pranke et al., 2011). Par conséquent, à la fois le manque de résidus chargés, l’abondance de petits résidus polaires et la présence de gros résidus hydrophobes sont à considérer pour comprendre la sensibilité à la courbure du motif ALPS.