Les PLD à motifs HKD

Le motif HKD a été décrit pour la première fois en 1995 lors du clonage de la PLD humaine (Hammond 1995). Cependant, ce n’est qu’en 1996 que Ponting & Kerr décrivent ce motif chez plusieurs phosphodiestérases regroupant ainsi des protéines avec une activité PLD (Ponting &

Kerr, 1996). Ce motif HKD est alors décrit en parallèle à plusieurs motifs conservés, dupliqués et classés de 1 à 4 (Figure 7).

Notons que ce motif a été décrit la même année comme une séquence consensus HXKX4D invariablement présente chez toutes ces protéines et dupliquée dans la structure primaire de celle-ci (Koonin, 1996). Ainsi, on distinguera le motif HKD N-terminal du motif HKD C-terminal.

Quelques exceptions existent dans cette superfamille où des protéines ne vont exhiber qu’un seul motif HKD dans leur séquence. C’est le cas de l’endonucléase Nuc et de la PLD6 humaine ou mitoPLD. Il apparaît alors que ces enzymes dimérisent pour former une enzyme active, la

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dimérisation permettant de réunir les deux motifs HKD au sien de la même poche catalytique (cf. 1.3.3.6. La structure des PLD).

Les PLD des règnes microbiens, végétaux et animaux n'ont que peu d'identité de séquences primaires ; cependant certaines régions, comme la séquence consensus "HKD" catalytique, demeurent extrêmement bien conservées. Selon les espèces, les PLD présentent un ou plusieurs domaines régulateurs capables d’interagir avec la membrane. Ainsi, les PLD de mammifères possèdent un domaine Phox (PX) et un domaine Pleckstrin Homology (PH). Le domaine PX est présent dans de nombreuses protéines de signalisation et fixe le PI-4,5-P2 (Xu et al., 2001).

Le domaine PH est retrouvé chez des protéines impliquées dans la transduction du signal (Gibson et al., 1994). La région amino-terminale des PLD de plantes, qui sont Ca²⁺ dépendants, est homologue aux domaines C2 à savoir un domaine régulateur de fixation du Ca²⁺ très bien conservé, et impliqué dans la transduction du signal et le trafic membranaire. Il participe ainsi à l'interaction protéine-lipide Ca²⁺-dépendante (Pappan et al., 2004) et est présent dans différentes protéines impliquées dans des processus de signalisation cellulaire et/ou interagissant avec les phospholipides (Zheng et al., 2000). On retrouve aussi les domaines PX et PH dans l’isoforme ζ des PLD de plantes et dans la PLD de levure SPO14 qui possède en plus un domaine de phosphorylation/localisation en N-terminal (Figure 8).

Figure 8 : Représentation schématique des domaines présents dans les PLD de bactérie (Streptomyces antibioticus), de plante (Arabidopsis thaliana), de levure (Saccharomyces cerevisiae), de mammifère (Homo sapiens) et dans l’endonucléase Nuc.

Les zones noires et rouges correspondent respectivement aux séquences consensus CRI et CRIII. C2 : domaine C2 ; P/Y : domaine riche en proline et tyrosine ; PX : domaine Phox ; PH : domaine Plekstrin homology ; LOCO/phos : domaine de phosphorylation et de localisation à l’endosome ; tMB : domaine transmembranaire.

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Figure 9 : Alignement des PLD de mammifère, de plante, de levure et de bactérie autour des quatre régions consensus décrites par Ponting & Kerr (Ponting and Kerr, 1996).

HsPLD1 : PLD1 humaine (Homo sapiens) ; AtPLDa : PLDα d’A. thaliana ; ScPLD : PLD SPO14 de S.

cerevisiae ; SaPLD : PLD bactérienne de Streptomyces antibioticus. CR : « consensus region ».

Ponting & Kerr (Ponting and Kerr, 1996) ont donc décrit quatre zones consensus dupliquées (a et b sur la Figure 9) parmi lesquelles se trouvent les motifs HKD (CR IIIa et b). Ces quatre séquences représentatives de PLD à motifs HKD comprennent une séquence procaryote de bactérie (Streptomyces antibioticus), et trois séquences eucaryotes dont une de levure (Saccharomyces cerevisiae), une de plante (Arabidopsis thaliana) et une de mammifère (Homo sapiens) (Figure 9). L’analyse chiffrée de leur état de conservation calculée à partir de l’alignement individuel de chaque CR indique que le taux de conservation est variable (Figure 10).

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Figure 10 : Moyenne des pourcentages d’identité de séquence entre les différents CR

En foncé : le pourcentage d’identité des CR entre les quatre séquences de Streptomyces antibioticus, Saccharomyces cerevisiae, Arabidopsis thaliana et Homo sapiens. En clair : le pourcentage d’identité des CR entre les séquences eucaryotes, Saccharomyces cerevisiae, Arabidopsis thaliana et Homo sapiens.

Cette variabilité est en partie due à la présence de l’enzyme procaryote qui semble moins conservée que celle des eucaryotes au niveau des CR (Figure 9). Ainsi, une analyse statistique (Figure 10) montre que les CR IIa et b sont les moins conservés chez ces quatre organismes.

Les CR les plus conservés sont les CR III et IV qui correspondent aux domaines HKD et aux domaines directement en aval. L’analyse statistique sans les données de la séquence procaryote montre que l’état de conservation est plus élevé entre les trois eucaryotes, aussi divers soient-ils. Ainsi, le CR IVb est conservé à 100 %. Les CR Ia et b sont conservés à 60 et 70 % respectivement, bien au-delà des données comprenant la séquence procaryote.

Nous avons donc vu que les CR IIa et b sont les moins conservés et dans ce cas-ci on ne note que peu de divergences entre eucaryote et procaryote. De même, les CR IIIa et b présentent peu de divergences entre les quatre organismes et contiennent entre 50 et 60 % d’identité.

Nous verrons au cours de ce travail de thèse que d’autres séquences consensus existent chez les PLD. De fait notre recherche basée sur l’isoforme α des PLD végétales nous poussera à établir des critères de sélection afin de définir cet isoforme par rapport aux autres. Plus largement, il s’agit aussi d’actualiser les données présentées ci-dessus en tenant compte des progrès de la technique et de l’avancée de nos connaissances sur ces enzymes en définissant de nouveaux CR dans les PLD du vivant.

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