Prot´eines ≪ `a doigt de Zinc ≫

10% des prot´eines du prot´eome humain sont des prot´eines `a zinc et 8% poss`edent un site dit `a ≪doigt de zinc≫ de type Zn(Cys)<sub>4−x</sub>(His)<sub>x</sub> avec x=0-2. Le zinc poss`ede au sein

de ces syst`emes une g´eom´etrie t´etra´edrique. Ces sites sont pr´esents dans de tr`es nombreux facteurs de transcription qu’ils structurent pour permettre leur interaction avec l’ADN. Ils existent aussi dans de nombreuses enzymes, o`u ils jouent souvent un rˆole structural ou un rˆole fonctionnel lorsqu’ils constituent le site actif d’hydrolases et de deshydrog´enases.

Implication des centres actifs de type zinc comme sites senseurs de H2O2 :

Il a ´et´e montr´e que, pour des prot´eines dont l’activit´e est r´egul´ee par H2O2 (RsrA,

Hsp33 [172] [173]), le rˆole de ces sites `a≪doigt de zinc≫ est non n´egligeable. En effet, H₂O₂

agit sur les sites en oxydant les cyst´eines, ce qui lib`ere le zinc et active la prot´eine [174]. La d´etection de H2O2 par des prot´eines poss´edant une paire de cyst´eines libres est bien

connue [175]. Par contre peu de donn´ees sont rapport´ees concernant la r´eactivit´e de ces cyst´eines face `a H2O2 si elles sont li´ees `a un ion Zn2+. L’´etude de cette r´eactivit´e pourrait

permettre de comprendre comment ces sites Zn(Cys)x(His)y, consid´er´es jusqu’ici comme

tr`es robustes, peuvent servir `a d´etecter H2O2 pour initier les m´ecanismes de d´efense cel-

lulaires contre le stress oxydant. Ces sites de type ≪doigt de zinc≫ apparaissent donc

comme des cibles potentielles de stress oxydant et de stress m´etallique.

S´en`eque et coll. ont ´elabor´e des peptides incorporant le motif Zn(Cys)x(His)y pour

mimer ces sites senseurs de H2O2 afin d’´etudier la r´eactivit´e de ces mod`eles avec des oxy-

dants biologiques. Des ´etudes de spectroscopie UV-visible ont ´et´e r´ealis´ees sur trois types

de peptides, pr´esentant un site de type ZnCys4 (Fig 34). Ils observent une bande LMCT

S− _{→ Zn}2+ _{`a 210 nm, en moyenne, et un coefficient d’extinction d’environ 21 000 M}−1

cm−1 _{en moyenne. Ces valeurs sont en accord avec celles obtenues pour les clusters ZnCys}

4

Figure_{34 – Structure cristallographique du site Zn(Cys)4 de Thermotoga maritima Hsp33} et repr´esentation sch´ematique du site (en haut) [177]. Mod`eles peptidiques propos´es par S´en`eque et coll. (en bas) [176]

Mod`eles Peptidiques UV bande LMCT Epsilon M−1 _cm−1

ZnL1 213 nm 19 600

ZnL2 204 nm 23 700

ZnL3 211 nm 20 600

Table 13 – R´esultats obtenus sur des mimes de ≪doigt de Zinc≫ [176]

L’activit´e de ces mod`eles vis `a vis de H2O2 a ´et´e mesur´ee sur les trois peptides. Il

en ressort que le motif le plus proche (ZnL2) du site actif de Hsp33 s’oxyde `a la mˆeme

vitesse. Les deux autres peptides s’oxydent plus vite. Ces mod`eles mettent en ´evidence qu’un changement, mˆeme mineur, dans la structure du site peut influencer la r´eactivit´e avec H2O2.

Rˆoles de ces prot´eines lors d’une intoxication au plomb : Le plomb est un ´el´ement

toxique pour l’organisme. L’affinit´e du plomb pour les prot´eines riches en cyst´eines et de centre actif zinc, est maintenant av´er´ee [178]. Il semble donc que le plomb prenne la place du zinc, au sein de ces prot´eines, et acquiert une g´eom´etrie diff´erente. Des mesures EXAFS

[179] mettent en ´evidence la formation de complexes de type PbS3 o`u le plomb adopte une

g´eom´etrie trigonale.

Les travaux r´ealis´es, par Godwin et coll., mettent en ´evidence la formation d’esp`eces de

type PbS3 au sein de prot´eines riches en soufre tels que GATA (facteur de transcription),

Les r´esultats obtenus (EXAFS, Spectroscopies UV-visible) mettent en avant la pr´ef´erence du plomb, pour une g´eom´etrie trigonale dans les prot´eines soufr´ees et donc une coordination

de type PbS3 ou de type PbS5−8 [180] [181]. Dans ce cas l`a, le plomb ´eviterait donc

un environnement `a quatre voisins. De plus, le plomb se lie aux soufres avec une plus forte affinit´e que le zinc [178]. Les cyst´eines intervenant dans la complexation doivent ˆetre relativement ´eloign´ees l’une de l’autre, afin de stabiliser le syst`eme. Le plomb est donc complex´e par trois cyst´eines sur quatre au sein de ces prot´eines soufr´ees. Les donn´ees spectroscopiques obtenues par mesures UV sont r´epertori´ees Table 14. Elles correspondent `a des transferts de charges des orbitales 3p(Cys) → 6p(Pb) et `a des transitions intra

atomique 6s2_{(Pb) → 6sp(Pb) [182].}

λ des Bandes LMCT ǫ M−1 _cm−1

255 nm 16 000

325-330 nm 4000

Table _{14 – Caract´eristiques UV de syst`eme de type PbS3 [181]}

Prot´eines de type Fer-Soufre, mod`ele de site `a≪doigt de zinc≫ La Rubr´edoxine

est une prot´eine de la famille des ferr´edoxines qui a un site actif de type fer-soufre (FeS4)

o`u le fer pr´esente une g´eom´etrie t´etra´edrique. Ce type de prot´eine peut donc servir de mod`ele pour les prot´eines `a ≪doigt de zinc≫ o`u le zinc pr´esente lui aussi une g´eom´etrie

t´etra´edrique. Comme le zinc(II) n’est pas un ion m´etallique facile `a ´etudier d’un point de vue spectroscopique (on parle de spectroscopie silencieuse), il est souvent remplac´e par d’autres cations m´etalliques pr´esentant les mˆemes propri´et´es de complexation et de coor- dination `a savoir le cadmium(II) ou le cobalt(II).

Le site de la rubr´edoxine a donc ´et´e analys´e en pr´esence de cadmium(II) afin d’´etudier le centre de type [Cd(Cys(S)4]2−. Par RMN du133Cd, spectroscopie UV-visible et dichro¨ısme

circulaire, Vasak et coll. mettent en ´evidence une g´eom´etrie t´etra´edrique du cadmium(II) au sein du site [183]. En effet, les donn´ees spectroscopiques sont comparables `a celles obte- nues avec les m´etallothion´eines `a savoir une bande LMCT en UV vers 245 nm avec ǫ = 26

000 M−1 _cm−1 _{(soit 6500M}−1 _cm−1 _{par cyst´eine) et une bande LMCT en CD, qui co¨ıncide}

`a celle de l’UV, vers 235 nm. Le d´eplacement RMN du 133<sub>Cd de ce syst`eme CdS</sub>

4 est de

723.6 ppm.

Le site de la rubr´edoxine a aussi ´et´e ´etudi´e en pr´esence de mercure(II): [Hg(Cys(S)4]2−.

Les r´esultats obtenus par Vasak et coll. mettent l`a aussi en ´evidence une g´eom´etrie t´etra´edrique de l’ion m´etallique Hg(II) au sein du site (Table 15). En effet, ces valeurs sont comparables `a celles obtenues pour les m´etallothion´eines o`u le mercure poss`ede un environnement t´etra´edrique.

Syst`eme UV, bande LMCT CD bandes caract´eristiques Hg-Rd 284 nm, ǫ = 20 000 M−1 _cm−1 _{(+)287, (-)258,(-)230} 257 nm, ǫ = 12 000 M−1 _cm−1 230 nm, ǫ = 22 000 M−1 _cm−1 (Hg-MT)a _{282 nm, ǫ = 17 000 M}−1 _cm−1 _{(+)280, (-)247} 251 nm, ǫ = 17 000 M−1 _cm−1 (Hg-SR2)b 232 nm, ǫ = 4000 M−1 cm−1 Table 15 – Caract´eristiques Hg-Rd [184],a : [167], b : [185]

L’int´erˆet du mercure et de son environnement au sein des prot´eines riches en soufre ne s’arrˆete pas au syst`eme HgS4. En effet, le mercure adopte pr´ef´erentiellement une g´eom´etrie

lin´eaire de type HgS2. Or, dans certaines prot´eines une autre g´eom´etrie, trigonale de type

HgS3 a pu ˆetre observ´ee comme pour le cuivre(I) au sein des MT.