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Modélisation   par   homologie   de   CrtI

III­1 Analyses bioinformatiques des enzymes CrtI et CrtB 

Les résidus aux extrémités N ou C terminale des enzymes peuvent être importants pour la fonction  enzymatique. Ils peuvent être perturbés par une ingénierie enzymatique impliquant une fusion. Pour  comprendre la structure tridimentionnelle des enzymes ainsi connaitre où sont situés les résidus  importants pour la fonction des enzymes d’intérêt, des alignements de séquence et des modèles par  homologie ont été réalisés.   

III.1.1 Modélisation par homologie de CrtI 

La gamma désaturase de Nonlabens dokdonensis ou CrtD possède le meilleur pourcentage d’identité  avec CrtI (31%). CrtD appartient à une voie de biosynthèse dans laquelle elle catalyse l’ajout d’une  insaturation sur des substrats ressemblant au neurosporène, au lycopène ou à l’γ‐carotène mais ayant  un groupement hydroxyle (Ahn and Kim, 2015) (figure 29).  

 

Figure 29 : Voie de biosynthèse d’ γ­caroténoïdes, tels que le myxol et la saproxanthine dans laquelle agit CrtD par désaturation 

en position C3’­C4’ du 1­OH­γ­caroténoïde. La position de l’insaturation catalysée par CrtD sur plusieurs substrats est encerclée. 

Figure tirée de (Ahn and Kim, 2015). 

Des séquences conservées entre la CrtI de X. dendrorhous, la CrtD de Nonlabens dokdonensis, la PDS de  O. sativa et la CrtI de P. ananatis sont mises en évidence par une comparaison de leur séquence (figure  30). 

 

Figure 30 : Alignement de séquence de CrtI de X. dendrorhous, de la gamma désaturase de Nonlabens dokdonensis, de la PDS de 

O. sativa et de CrtI de P. ananatis. Les résidus de même propriété et conservés sont surlignés avec la même couleur. Des résidus 

conservés chez les CrtD et qui sont soit au niveau de la poche hydrophobique ou sont impliqués dans la catalyse sont représentés 

par des rectangles violets et rouges respectivement (Ahn and Kim, 2015). 

Plusieurs résidus sont conservés aux extrémités N et C terminales des séquences. Des résidus en N  terminale sont impliqués dans la liaison au cofacteur (Bartley et al., 1990). Ils forment un motif  βαβ  (Bartley et al., 1990). Les résidus conservés en C terminale sont retrouvés chez les trois autres types de  désaturase. D’autres résidus conservés sont spécifiques aux CrtD et sont répartis ailleurs dans la  séquence (figure 30). Ces derniers sont impliqués dans la formation de la poche hydrophobique  accueillant le caroténoïde (Ahn and Kim, 2015). Ils sont également impliqués dans le mécanisme  catalytique (figure 30). Les différents résidus conservés entre les différentes enzymes sont mis en  évidence sur la structure tridimentionnelle de CrtD (figure 31).  

 

Figure 31 : Structure tridimentionnelle de CrtD(4REP). L’image 

est vue d’en bas coté membrane. Les extrémités N et C 

terminales  de  la  structure  sont  indiquées.  Le  FAD  est 

représenté en sphère jaune. Le motif βαβ intéragissant avec le 

FAD  est représenté en bleu. Les résidus conservés  en C 

terminal conservés chez les CrtD et retrouver chez les 3 autres 

désaturases sont représentés en rouge. Les autres résidus 

conservés chez les CrtD et non retrouvé chez les trois autres 

désaturases sont représentés en vert. Une boucle mobile au 

niveau de l’entrée du substrat chez les CrtD est représentée en 

orange. 

Une fusion en N terminale pourrait perturber par exemple les résidus impliqués dans l’interaction avec  le FAD (en bleu sur la figure 31). La fonction des résidus conservés en C‐terminale (en rouge sur la figure  31)  pourraient  également  être  perturbée  par  une  fusion  en  terminale.  Comme  indiqué  précédemment, les substrats des CrtD sont hydroxylés. Des différences sont retrouvées au niveau du  canal hydrophobique de CrtD comparé à celui de la PDS. Spécifiquement à CrtD, une boucle hautement  flexible (représentée en orange sur la figure 31) à l’entrée du canal permet d’allonger la longueur de la  poche mais aussi d’accueillir le cycle β comme dans le 1’‐OH‐γ‐carotène. Cela oriente correctement le  reste de la molécule substrat par rapport au FAD et positionne les carbones en position C3’‐C4’ pour la  désaturation.  Malgré  ces  différences  majeures,  l’organisation  tridimensionnelle  globale  de  CrtD  ressemble aux autres structures de désaturases, à savoir une organisation en trois sous domaine (Ahn  and Kim, 2015).  

Les structures de la CrtI bactérienne P. ananatis (Schaub et al., 2012a) et celle de la phytoène désaturase  de la plante O. sativa se ressemblent (Gemmecker et al., 2015). Lorsqu’on les superpose, les résidus du  site actif constituent l’essentiel des différences entre les deux structures (Gemmecker et al., 2015). Cela  reflète les mécanismes réactionnels différents (Gemmecker et al., 2015). Un modèle par homologie de  CrtI avec la PDS comme modèle est représenté (figure 32B).  

 

Figure 32 : Localisations des extrémités N et C­terminale des 

désaturases. A. structure de la PDS avec en bleu, rouge et vert des  résidus  importants  pour  la  fonction enzymatique B. 

modèle de CrtI modélisé à partir de PDS de O. sativa. Les 

extrémités N et C terminale des modèles sont indiquées. 

 

Une séquence en C terminale de CrtI de X. dendrorhous est non modélisée. En effet par alignement de  séquence, on observe que l’enzyme possède une séquence d’une vingtaine de résidus en C terminale  prédite pour former une hélice et absente chez les autres enzymes. Une prédiction de la structure  secondaire de cette séquence C terminale en hélice par Phyre indique une hélice transmembranaire.  Une autre hélice enfouie au sein de la protéine est aussi prédite comme étant transmembranaire par  Phyre (figure 33).  

 

Figure 33 : Modèle de CrtI à partir de CrtD et sur lequel 

l’hélice en C terminale non modélisable est représentée. 

L’hélice représentée en bleu ciel n’existe pas dans le modèle 

par homologie car CrtI posséde 62 résidus en plus par rapport 

à CrtD en C terminale de l’enzyme. En jaune doré, une hélice 

définie comme transmembranaire par Phyre mais qui se 

trouve être enfouie au sein de la protéine. 

 

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