N 1 - Intermédiaire sur le
1.1.4.8 Rôles biologiques des états intermédiaires
Il existe aujourd’hui des preuves claires que les états non natifs tout comme l’état natif sont impliqués dans les réactions régissant la vie de la cellule. Les conformations reconnues par les chaperonnes moléculaires ne sont pas natives ((Randall and Hardy 1995) (Fink 1999)) et des conformations partiellement repliées sont vraisemblablement reliées aux amyloïdoses ((Kelly 1998) (Fink 1998) (Lansbury 1999)). Les protéines précurseurs qui ont une séquence signal de translocation sont partiellement repliées dans leur état permettant cette translocation à travers la membrane biologique ((Cramer, Heymann et al. 1995; Schatz and Dobberstein 1996)). Parce que moins stable thermodynamiquement que l’état natif, l’état « molten globule » doit être interprété comme un état dénaturé dans les conditions physiologiques. Il est plus que probable que les états non natifs présents transitoirement dans la cellule incluent l’état « molten globule ». Le rôle des états non natifs dans les phénomènes cellulaires est progressivement mieux compris.
Chaperonne
différence d’environnement entre les réactions de repliement in vivo et in vitro. Parmi différentes chaperonnes, GroEL, la chaperonne d’E. Coli est la plus caractérisée physico-chimiquement ((Fenton and Horwich 1997)).
Des études préalables sur le repliement de protéines, réalisé par cette chaperonne, ont montré que GroEL reconnait l’état « molten globule » ((Hayer-Hartl, Ewbank et al. 1994)). A présent, il apparaît que GroEL peut se fixer à différents types d’états non natifs, s’étalant d’espèces non repliées jusqu’aux « molten globule » et aux intermédiaires finaux de repliement, même pour des intermédiaires de repliement de structure quaternaire de protéines multimériques ((Chuang, Wynn et al. 1999; Clark and Frieden 1999)). Un tel spectre de spécificité pour la protéine cible est compatible avec des interactions hydrophobes non spécifiques comme force principale de liaison entre la chaperonne et sa protéine cible. D’autres chaperonnes moléculaires pour lesquelles les propriétés structurales de la protéine cible liée ont bien été caractérisées, incluent DnaK, SecB, et l’alpha-cristaline ((Bukau and Horwich 1998), (Shtilerman, Lorimer et al. 1999)).
Amyloïdogenèse
Bon nombre de maladies humaines, incluant la maladie d’Alzheimer, le diabète de type II, l’amyloidose systémique primaire et secondaire, et les encéphalopathies spongiformes (maladie de Creutzfeldt-Jakob) sont associées au dépôt extracellulaire d’agrégats protéiques insolubles nommés fibrilles amyloïdes ((Harper and Lansbury 1997; Fink 1998; Kelly 1998)). Il a été suggéré qu’il y avait un fort lien de causalité entre la formation des fibrilles et l’apparition des symptômes pathologiques. D’autre part, les fibrilles amyloïdes formées au cours de différentes pathologies concernant des protéines différentes et présentant des séquences en acides aminées différentes, adoptent toutes des structures en feuillet bêta croisé, dans lesquelles le brin bêta individuel est orienté perpendiculairement à l’axe long de la fibre. C’est pourquoi l’hypothèse d’un mécanisme commun de formation des fibrilles a été retenue. Bien qu’un tel mécanisme n’ait pas encore été démontré, un mécanisme de polymérisation dépendant d’une nucléation s’accorde avec les cinétiques de fibrillation de certains modèles protéiques in vitro. ((Harper and Lansbury 1997)). Quoi qu’il en soit, des études récentes ont aussi démontré que la formation d’intermédiaires conformationels amyloïdes, qui se situent de l’intermédiaire monomérique jusqu’à l’intermédiaire protofibrille (structure quaternaire), est une étape importante dans la formation de fibres amyloïdes ((Hornemann and Glockshuber 1998; Kelly 1998; Lansbury 1999)). Des études sur le lysozyme ont montré que des mutations, responsables d’une amyloïdose autosomale récessive chez l’humain, pouvaient être
à l’origine de formes intermédiaires « molten globule », ce qui suggère que ce type d’intermédiaire est important pour la conversion de la forme soluble à la formation de fibrilles.
Des conditions partiellement dénaturantes apparaissent en général nécessaires à l’apparition d’amyloïdose. Des états amyloïdogènes partiellement dénaturés s’approchant de l’état « molten globule » ont aussi été rapportés pour d’autres protéines ((Kelly 1998), (Hornemann and Glockshuber 1998), (Fandrich, Forge et al. 2003)).
Etats non natifs proches de membranes biologiques
Les protéines destinées aux compartiments intra-cellulaires de cellules eucaryotes, comme les protéines exportées dans l’espace périplasmique des cellules bactériennes, commencent leur synthèse dans le cytosol et sont ensuite ciblées vers leur compartiment par des séquences « signal » présentes dans la chaîne polypeptidique néo-synthétisée ((Schatz and Dobberstein 1996)). La question de savoir comment les protéines peuvent se déplacer à travers la bicouche phospholipidique hydrophobe a été une question importante. Il est maintenant démontré que les protéines en translocation sont normalement totalement dépliées et passent à travers un canal transmembranaire composé de protéines membranaires ((Schatz and Dobberstein 1996), (Schwartz, Huang et al. 1999)). La protéine précurseur à l’entrée de ces canaux membranaires est, quoi qu’il en soit, partiellement dépliée et probablement dans un état proche du « molten globule » avant la translocation ((Bychkova, Dujsekina et al. 1996),(Koshiba, Hayashi et al. 1999),(Bychkova, Pain et al. 1988)).
Il y a d’autres exemples de l’importance de l’état « molten globule » dans les systèmes membranaires. Des experiences ont montré que des formes de l’alpha lactalbumine ainsi que d’autres protéines globulaires associées à la membrane, présentent les caractéristiques d’un état « molten globule » qui induirait la fusion au niveau des vésicules phospholipidiques ((Banuelos and Muga 1996)).
Il a été montré récemment que l’état « molten globule » de l’alpha-lactalbumine a une activité anti-tumorale en induisant l’apoptose dans les cellules tumorales. Ce phénomène proviendrait certainement de la conséquence d’une liaison spécifique de l’état « molten globule » à la membrane ((Svensson, Sabharwal et al. 1999)). L’insertion membranaire du domaine de la colicine, qui permet de former des ports, et la translocation du domaine catalytique de la toxine diphtérique à bas pH sont accompagnées par un transition conformationnelle de la forme soluble vers une forme liée à la membrane qui est caractéristique de l’état « molten
2004)). Ces études montrent que l’état « molten globule » est souvent observé près de membranes biologiques et qu’il joue un rôle important dans l’insertion et la translocation de protéines. Parce que les surfaces hydrophobes sont exposées, les interactions hydrophobes doivent stabiliser le « molten globule » près de la membrane. Une diminution du pH local, causé par un potentiel électrique négatif sur la surface de la membrane, et une diminution locale de la constante diélectrique près de la membrane, peuvent également contribuer à la stabilisation de l’état « molten globule » ((Bychkova, Dujsekina et al. 1996)).