Bibliographie . . . . 47
3.1 Introduction
L’atome de zinc est impliqué dans des processus biologiques variés où il joue un rôle catalytique, structural et régulateur. Cet atome est essentiel pour stabiliser le repliement des protéines selon un motif protéique appelé doigt de zinc (ZnF). Ce terme tire son origine de la découverte d’une organisation particulière des résidus coordonnant le zinc dans la séquence primaire du facteur de trancription TFIIIA. Cette protéine, présente dans les oocytes de xénope, interagit avec la région codante de l’ARN 5S pour réguler sa transcription. L’analyse de la séquence primaire a montré la présence de sous-domaines composés de 30 acides aminés au sein de la séquence. Deux paires de résidus cystéines et histidines extrêmement conservés qui coordonnent des atomes de zinc sont nécessaires au repliement. La représentation en deux dimensions de ces résidus autour du zinc s’apparente à un doigt d’où la dénomination doigt de zinc . Ce motif protéique comprenant deux cystéines et deux histidines a donné naissance à la famille C2H2 largement représentée aujourd’hui parmi les protéines comprenant des doigts de zinc.
Actuellement, le terme ZnF désigne une vaste famille de motifs et de repliements retrouvés au sein des protéines.
L’analyse bio-informatique des séquences des génomes ainsi que des différents types de repliement stabilisés par l’atome de zinc révèle que celui-ci a joué un rôle important dans l’évo-lution des protéomes.
Chapitre 3. Le motif protéique doigt de zinc
Pourquoi l atome de zinc a-t-il été sélectionné par la nature pour être présent dans de nombreux facteurs de transcription interagissant avec l ADN pour réguler l expression de gènes cibles ?
Les motifs à doigt de zinc stabilisent le repliement des petits domaines de liaison à l’ADN. Plus que la stabilisation d’un domaine structural, l’atome de zinc joue un rôle dans la reconnaissance des interactions spécifiques et non spécifiques avec l’ADN.
La structure cristallographique du facteur de transcription Zif68 lié à l’ADN a permis de mettre en évidence les bases moléculaires de l’interaction avec l’ADN. L’hélice- , des trois doigts de zinc composant Zif68, interagit avec le grand sillon de l’ADN et la liaison successive des doigts de zinc permet à la protéine de s’enrouler autour de l’ADN. Cette interaction est dite canonique. Ainsi, de nombreuses études portant sur différentes protéines à doigt de zinc ont mis en avant le mécanisme d’interaction similaire à Zif68.
Cependant, nombreuses sont les protéines à doigt de zinc qui présentent un mécanisme d’interaction différent qui est alors qualifié de non canonique. En effet, certaines structures cristallographiques des complexes doigt de zinc C2H2/ADN révèlent la présence de contacts avec les phosphates de l’ADN médiés par certains résidus de la protéine.
Uniquement trois types de résidus établissant ces contacts sont conservés parmi ces struc-tures [Wolfe 2000]. Le contact phosphate le plus représenté est médié par le cycle imidazole de l’histidine, particulièrement par le N , qui est impliqué dans une liaison hydrogène avec un oxygène du squelette sucre/phosphate de l’ADN. La coordination du zinc étant établie par le N de l’histidine, le contact entre le N et le phosphate permet d’amener la protéine à proximité immédiate du site de liaison de la protéine au niveau de l’ADN. L’importance de ce contact est démontrée par l’observation d’une altération de la reconnaissance de l’ADN pour des doigts de zinc mutants où ce contact histidine/phosphate est absent [Wolfe 2000].
De plus, le résidu chargé (arginine ou lysine) présent avant la deuxième cystéine du doigt de zinc est également impliqué dans des contacts avec les phosphates de l’ADN.
Enfin, les résidus chargés présents dans les régions permettant de relier et d’espacer deux doigts de zinc voisins sur l’ADN (nommée linker ) ont également un rôle dans le mécanisme d’interaction avec l’ADN.
Parmi les protéines comportant un motif à doigt de zinc, les domaines de liaison à l’ADN (DBD) des récepteurs nucléaires (RNs) représentent une famille particulière. Ils sont consti-tués de deux sites consécutifs de coordination du zinc comportant chacun quatre cystéines conservées parmi la superfamille des RNs, et interagissent avec des séquences d’ADN
nom-Chapitre 3. Le motif protéique doigt de zinc mées élément de réponse. De plus, un résidu histidine présent au niveau du premier site de coordination du zinc est également conservé et se trouve au contact du squelette sucre/phos-phate de l’ADN. Cette histidine pourrait jouer un rôle de stabilisation du DBD au niveau de l’ADN similaire à celui joué par l’histidine de doigt de zinc de type C2H2.
Comme il a été mentionné dans le chapitre2, la plupart des RNs sont présents sous forme de dimère au niveau de l’ADN pour réguler l’expression de leur gènes cibles. On peut alors imaginer que la combinaison de quatre sites de coordination du zinc au niveau de l’ADN puisse permettre d’augmenter la spécificité de reconnaissance de la même manière que plusieurs ZnF sont contenus dans les protéines de la famille C2H2.
Les preuves que le site de coordination du zinc joue un rôle dans la reconnaissance de l’ADN sont fournies par les expériences d’interaction DBD/ADN suivies par RMN. En effet, la cartographie des déplacements chimiques suite à l’interaction de la protéine avec l’ADN met en évidence une variation de déplacement chimique ( ppm) importante pour les résidus de coordination du zinc (chapitre5).
Toutefois, ce motif protéique ne se limite pas aux facteurs de transcription pour l’inter-action avec l’ADN mais est également impliqué dans des interl’inter-actions protéine/protéines. Ces interactions interviennent dans des processus biologiques variés tels que la réplication et ré-paration de l’ADN, la traduction, la prolifération cellulaire et l’apoptose, le métabolisme et la signalisation cellulaire. Des mutations au niveau de ces motifs protéiques entraînant des inter-actions protéine/protéine ou protéine/ADN aberrantes sont alors associées avec de nombreuses pathologies.
Par exemple, une mutation dans les ZnF de la protéine WT1 est associée au syndrome de Denys-Drash dont l’une des manifestations cliniques est la formation de tumeurs de Wilms
[Little 1992]. Un autre exemple est apporté par la protéine CBP qui contient quatre domaines
structurés en doigt de zinc. Cette protéine est impliquée dans de gros complexes protéiques et joue un rôle de plateforme dans la cellule. En effet, cette protéine recrute un certain nombre de protéines impliquées dans diverses voies de signalisation (p53 qui est impliquée dans l’apop-tose, Mdm2 impliquée dans le sytème de dégradation par le protéasome, c-Fos impliquée dans la prolifération cellulaire) au niveau du promoteur de certains gènes pour en moduler l’ex-pression [Goodman 2000,Matthews 2002]. Ainsi, on comprend bien qu’une anomalie dans le recrutement de protéines au niveau de certains promoteurs peut mener au dévelopement de pathologies. Une illustration de ceci est l’interaction de CBP avec p53 qui se fait en partie via un doigt de zinc TAZ de CBP, ce qui permet l’expression de gènes sous le contrôle de p53 en réponse à un stress cellulaire[Ferreon 2009]. p53 étant un gène suppresseur de tumeur et CBP une protéine plateforme permettant l’interaction avec de nombreux partenaires pour 37
Chapitre 3. Le motif protéique doigt de zinc
réguler la transcription de gènes cibles, il en résulte qu’une anomalie dans l’interactions entre ces deux partenaires mène à une division cellulaire anarchique et à la formation de tumeurs
[Grossman 2001]. Enfin un dernier exemple concerne la mutation d’un seul résidu (une thréonine
substituée par une alanine en position 575, T575A) dans le DBD du récepteur des androgènes. Cette mutation, retrouvée dans des métastases osseuses de cancer de la prostate de certains patients, altère la reconnaissance de l’ADN par ce récepteur [Monge 2006]. L’impact de cette mutation sur les mécanismes de reconnaissance de l’ADN de ce récepteur comparé au récepteur sauvage est étudiée dans le chapitre5.
3.2 Publication
Dans le cadre de l’étude du DBD du récepteur des androgènes, nous avons accepté d’écrire un chapitre de livre sur les protéines à doigt de zinc dans la série Encyclopedia of Life Sciences (ELS) commandé par l’éditeur Wiley.
Meyer Sandra and Kieffer Bruno (March 2015) Protein Motifs : Zinc Fingers. In : eLS. John Wiley & Sons, Ltd : Chichester.
Bibliographie
Bibliographie
[Ferreon 2009] Ferreon J.C., Lee C.W., Arai M., Martinez-Yamout M.A., Dyson H.J. et Wright P.E. Cooperative regulation of p53 by modulation of ternary complex formation with CBP/p300 and HDM2. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 106, no. 16, 2009. – Cité page37.
[Goodman 2000] Goodman R.H. et Smolik S. CBP/p300 in cell growth, transformation, and development. Genes & development, vol. 14, no. 13, 2000. – Cité page37.
[Grossman 2001] Grossman S.R. p300/CBP/p53 interaction and regulation of the p53 res-ponse. European journal of biochemistry, vol. 268, no. 10, 2001. – Cité page38. [Little 1992] Little M.H., Prosser J., Condie A., Smith P.J., Van Heyningen V. et Hastie N.D.
Zinc nger point mutations within the WT1 gene in Wilms tumor patients. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 89, no. 11, 1992. – Cité page 37.
[Matthews 2002] Matthews J.M. et Sunde M. Zinc ngers folds for many occasions. IUBMB Life, 2002. – Cité page37.
[Monge 2006] Monge A., Jagla M., Lapouge G., Sasorith S., Cruchant M., Wurtz J.M., Jac-qmin D., Bergerat J.P. et Céraline J. Unfaithfulness and promiscuity of a mutant androgen receptor in a hormone-refractory prostate cancer. Cellular and Molecular Life Sciences, vol. 63, no. 4, 2006. – Cité pages25et 38.
[Wolfe 2000] Wolfe S.A., Nekludova L. et Pabo C.O. DNA recognition by Cys2His2 zinc nger proteins. Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, vol. 29, no. 1, pages 183–212, 2000. – Cité page36.
Chapitre 4
Description des protéines
intrinsèquement désordonnées
(IDPs) : concept et méthodes
4.1 Découverte et définition des IDPs . . . . 50