Le motif ALPS dans les autres protéines

Nous avons vu dans la partie précédente que le motif ALPS se distingue des hélices amphipathiques classiques par le déséquilibre entre sa face polaire (pauvre en résidus chargés et riche en petits résidus polaires) et sa face apolaire (riche en gros résidus hy- drophobes).

ont développé le programme HELIQUEST (Gautier et al., 2008) pour rechercher dans les banques de données (e.g. SWISSPROT), toutes les séquences protéiques similaires au motif ALPS de ArfGAP1 en terme de composition et de physico-chimie. Contraire- ment aux programmes classiques fondés sur un alignement de séquences, le programme HELIQUEST prend en compte plusieurs critères tels que l’hydrophobie, le moment hy- drophobe, la charge nette et la composition en acides aminés (un nombre maximum de résidus chargés et un nombre minimum de petits résidus polaires).

En prenant en compte tous ces critères, les auteurs ont obtenu 400 résultats dont trois protéines qui ont été testées expérimentalement (Drin et al., 2007) (Figure 2.24). Les trois protéines testées sont GMAP-210, une protéine humaine géante possédant une longue partie en coiled-coil (Infante et al., 1999), Nup133, une protéine humaine du complexe du pore nucléaire (Berke et al., 2004) et Kes1 (aussi connue sous le nom de Osh4p), une protéine de levure impliquée dans le transport intracellulaire du stérol (Raychaudhuri et al., 2006; de Saint-Jean et al., 2011). Ces trois protéines ont un motif ALPS non structuré en solution et qui adopte une conformation en hélice en présence de liposomes très courbés (Drin et al., 2007).

(a) GMAP-210 _{(b) Kes1} (c) Nup133

Figure2.24 – Représentation en roue hélicoïdale des motifs ALPS de GMAP- 210, Kes1 et Nup133. Le code couleur est le même que dans Figure 2.22. Tiré de Drin et al. (2007).

La protéine GMAP-210, impliquée dans le transport intracellulaire des voies de sécré- tion précoces (Cardenas et al., 2009), est connue pour attacher les vésicules aux saccules du Golgi grâce à son domaine GRIP-related Arf-binding domain (GRAB) (Drin et al., 2008). La région N-terminale (N-ter) de la protéine, où est localisé le motif, est connue pour se lier sur les membranes du Golgi purifiées (Infante et al., 1999).

La protéine Kes1 a pour fonction de transporter le stérol à travers les compartiments cellulaires (Raychaudhuri et al., 2006). La structure de cette protéine a été résolue par cristallographie et est disponible dans la base de données Protein Data Bank (PDB) sous le code 1ZHZ. Le motif ALPS est localisé dans la région N-ter de la protéine couvrant la

poche de liaison du stérol.

La protéine Nup133 appartient au sous complexe Nup107-160 qui est localisé dans le région équatoriale du pore nucléaire, où les membranes interne et externe fusionnent (Belgareh et al., 2001). La structure cristallographique de cette protéine a été déposée dans la PDB sous le code 1XKS mais le motif ALPS qui est localisé dans une boucle exposée n’a pas pu être résolu.

De manière remarquable, ces protéines sont impliquées dans les voies de sécrétion précoces et dans l’enveloppe nucléaire, et contiennent un motif ALPS dans leur séquence qui reconnaît la courbure membranaire (Doucet et al., 2010; Drin et al., 2007). Bien que la séquence exacte de ces trois motifs diffère du motif ALPS original issu de la protéine ArfGAP1, leur sensibilité à la courbure membranaire reste la même. De plus, comme pour les motifs ALPS et ALPS2, ces trois motifs ALPS sont non structurés en solution et se replient en hélices amphipathiques uniquement à la surface de liposomes très courbés.

Le motif ALPS a été identifié dans d’autres protéines comme par exemple la synap- sine qui est impliquée dans la fusion des vésicules synaptiques (Krabben et al., 2011) et la protéine Barkor qui est nécessaire pour la formation de l’autophagosome durant l’au- tophagie (Wilz et al., 2011). Là encore, le motif ALPS se lie préférentiellement sur des membranes courbées, c’est-à-dire sur des membranes contenant des défauts de packing entre les lipides.

3

Matériels et méthodes

La dynamique moléculaire (DM) est la technique principale utilisée dans ce travail. La DM est une technique puissante pour étudier des processus moléculaires au niveau atomique tels que les interactions protéines-lipides, le repliement des protéines, la cour- bure et la fusion des membranes ... Les simulations de DM facilitent l’interprétation des données expérimentales, donnent accès à des informations qui ne sont pas directement accessibles expérimentalement et sont utilisées par exemple en cristallographie aux rayons X et en Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) pour la détermination de structures au niveau atomique.

3.1 Principe des simulations de dynamique moléculaire

La DM consiste à simuler, par des moyens informatiques, le comportement de molé- cules au cours du temps : de la femtoseconde (10−15

s) pour le mouvement le plus rapide (vibration des liaisons) jusqu’à la milliseconde (10−3

s) pour les processus les plus lents (repliement de protéines). La Figure 3.1 montre les résolutions temporelle et spatiale des simulations de DM par rapport aux expériences.

Figure 3.1 – Résolutions spatiotemporelles de plusieurs techniques biophy- siques. Les résolutions temporelles (en abscisses) et spatiales (en ordonnées) de chaque technique sont indiquées par un rectangle de couleur. L’axe à droite indique les objets que chaque technique peut explorer. Les techniques sont : AFM pour microscopie à force atomique, EM pour microscopie électronique, fluorescence de type FRET pour transfert d’énergie par résonnance de type Förster, NMR pour résonance magnétique nucléaire, X- ray pour diffusion aux rayons X. Les échelles de temps de certains processus biologiques sont représentées en dessous de l’axe des abscisses. Tiré de Dror et al. (2010).

Les simulations de DM nécessitent :

– un champ de forces pour décrire les interactions entre les particules et ainsi calculer à partir de l’énergie potentielle du système, les forces agissant sur les particules, – un algorithme pour déplacer les particules au cours du temps sous l’effet de ces

forces,

– des conditions périodiques pour mimer un environnement infini,

– un contrôle de la température et de la pression du système pour mimer les conditions expérimentales,

– un algorithme pour traiter les interactions longues portées.

forces empirique.