Les solenoïdes β

Récemment, Kajava et Steven [Kajava2006] ont publié une revue exhaustive sur les repliements β et l'aptitude de ces structures à produire des fibres amyloïdes. Parmi tous ces repliements, les solénoïdes β ont été particulièrement étudiés puisqu'ils sont exclusivement composés de brins β. L'agencement tridimensionnel de ces brins peut conduire à deux types d'enroulement solénoïdes qui sont soit à enroulement droit, soit à enroulement gauche.

Dans les deux planches d'exemples (figure 4.1.2.2.6 et 4.1.2.2.4), nous avons extrait, des nombreuses protéines avec un repliement solénoïde, les principales structures respectivement avec un enroulement gauche et un enroulement droit. De façon générale, les protéines à solénoïdes présentent des zones allongées, constituées de motifs répétés, vraiment différentes des feuillets observables dans des protéines globulaires. Ils sont constitués de segments de brins β avec des arcs β qui leurs succèdent, voire, dans certains cas, non pas des arcs mais de larges boucles qui donnent la spécificité du solénoïde. Il est également possible de constater la formation de liaisons hydrogène entre des brins β de parties différentes. De plus, les solénoïdes se différencient par des interactions inter-coils qui stabilisent les structures tridimensionnelles. Ces différentes interactions peuvent conduire à des formes spatiales caractéristiques de ces protéines.

Ces caractéristiques, propres aux solénoïdes, se matérialisent avec nos modèles que ce soit sur la UDP-N-acetylglucosamine transférase [1J2Z], la protéine YadA [1P9H], pour les types gauches ou bien sur une pectate lyase C [1AIR], et sur la protéine SufD transporteur à fer [1VH4] pour les types droits. Dans chacun des cas, nous pouvons observer les interactions qui se mettent en place entre les feuillets, ainsi que les orientations relatives des feuillets entre eux. Notre modèle fait apparaître la complexité structurale nécessaire à l'établissement d'interactions entre plusieurs domaines. Cette étude nous prouve l'intérêt qu'il pourrait y avoir à projeter sur un feuillet β les informations séquentielles, structurales, ou autres, dans un environnement immédiat ou encore la projection mutuelle des paramètres sur des feuillets associés.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figure 4.2.2.1 – Solénoïdes à enroulement gauche : (a) et (b) UDP-N-acetylglucosamine transférase [1J2Z] ; (c) et (d) la protéine YadA [1P9H]. Pour (a) et (c), l'ordre est le suivant : rendu de type cartoon, rendu de Catmull-Rom, rendu de Bézier. Pour (b) et (d), l'ordre est le suivant : rendu de Catmull-Rom, texturé par des flèches, couplé à un rendu squelette, et rendu de Bézier, texturé par des flèches, couplé à un rendu squelette

4.2.2 Les solenoïdes β

(a)

(b)

(c)

(d)

Figure 4.2.2.2 – Solénoïdes à enroulement droit : (a) et (b) représentations d'une pectate lyase C [1AIR] ; (c) et (d) représentations de la protéine SufD transporteur à fer [1VH4]. Pour (a) et (c), l'ordre est le suivant : rendu de type cartoon, rendu de Catmull-Rom, rendu de Bézier. Pour (b) et (d), l'ordre est le suivant : rendu de Catmull-Rom, texturé par des flèches, couplé à un rendu squelette, et rendu de Bézier, texturé par des flèches, couplé à un rendu squelette

4.2.3 AmyPDB

Pour approfondir l'intérêt des modes de visualisation que nous proposons, nous avons, après les quarante-cinq modèles de solénoïdes différents qui ont été identifiés, étudié les différentes structures tridimensionnelles recensées dans la banque de données AmyPDB maintenue à l'Université de Rennes. Nous avons observé plus d'une centaine de ces protéines, et nous présentons ici quelques exemples afin de démontrer les potentialités de nos modèles.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.2.3.1 – Famille amyloïde des ANF (« Atrial Natriuretic Factor ») [1T34].

(a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Cette famille de protéines présente l'originalité d'une organisation quaternaire quasiment symétrique, conduisant à la visualisation de plusieurs feuillets β qui s'organisent deux par deux, et qui, pour des questions de structuration spatiale, sont orientés perpendiculairement. Il apparaît en observant la figure 4.1.2.2.3 que les feuillets perpendiculaires à la représentation proposée sont relativement différents, et présentent une « déstructuration » β locale. Il semble, en lisant la bibliographie associée, que cette zone soit mise en jeu dans la restructuration de la protéine.

4.2.3 AmyPDB

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.2.3.2 – Famille amyloïde des gelsolines [1P8X]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Dans cette protéine nous pouvons observer l'organisation trimérique. Il s'avère que cette macromolécule s'organise spatialement avec les trois domaines nécessaires à son fonctionnement dans la capture de F-actine. Cette représentation montre à la fois les caractéristiques associées à la symétrie, mais également les spécificités locales que nous pouvons ponctuellement observer de l'une à l'autre des parties. De plus, la vision globale de l'ensemble des feuillets permet de mieux envisager le mode de capture qui pourrait s'effectuer si nous imaginons la modulation structurale de la macromolécule.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.2.3.3 – L'antithrombine humaine III de la famille amyloïde des serpines [1ATH].

(a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelettes.

L'antithrombine est composée de deux grands domaines comprenant des feuillets β, nous remarquons sur le modèle de Catmull-Rom, sur la figure 4.1.2.2.2b et 4.1.2.2.2d, une profonde invagination du feuillet situé sur la droite de l'illustration. Cette invagination est due à la présence d'un petit brin β de seulement deux acides aminés. Sur le modèle cartoon sa présence est difficilement détectable, contrairement au modèle de Catmull-Rom qui montre clairement la particularité de ce brin. Le modèle de Bézier, quand à lui, révèle que la présence de ce brin est à l'origine d'une déchirure importante du feuillet, comme nous pouvons le constater en (c) et (e).

Ce brin d'une importance toute relative au regard du modèle cartoon, se révèle être d'une importance capitale pour la structure, et donc la fonction de cette protéine, avec l'utilisation de SheHeRASADe.

4.2.3 AmyPDB

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.2.3.4 – Famille amyloïde des transthyrétines [1TFP]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

La transthyrétine est une protéine tout β qui est le principal transporteur de la thyroxine et de la vitamine A. Nous devinons aisément sa fonction de transporteur à la forme du feuillet β qui forme un demi-tube. L'utilisation de texture prend tout son sens et permet de mieux comprendre l'importance du feuillet β dans la structure tridimensionnelle complète.