Les premiers travaux qui ont montré l’implication du domaine TM dans la dimérisation et l’activation de ces récepteurs datent d’une vingtaine d’années (Bargmann et al. 1986; Weiner et al. 1989). En plus de son rôle de lien entre les deux domaines extra- et intracellulaire, le domaine transmembranaire contribue à la dimérisation des récepteurs ErbB.
Le domaine TM des récepteurs ErbB est constitué d’environ 25 résidus hydrophobes. Ce domaine structuré en hélice α a fait l’objet de plusieurs études expérimentales comme par exemple celles de (Deber and Li 1995; Miloso et al. 1995; Smith et al. 1996).
L’importance du domaine TM a été mise en évidence suite à la découverte de la forme oncogénique de Neu, résultant de la mutation ponctuelle Val664 en Glu664 dans ce domaine (Bargmann et al. 1986; Bargmann and Weinberg 1988).
Le mécanisme par lequel cette mutation active le récepteur n’est pas connu. Sternberg et Gullick ont proposé un modèle basé sur des considérations stéréochimiques supposant que cette mutation stabilise les interactions entre les hélices α correspondant aux domaines TM (Sternberg and Gullick 1989).
En effet, ils ont proposé un modèle dans lequel, en considérant la conformation du domaine TM structuré en hélice α, le groupe carboxyle de Glu 664 de l’hélice d’un récepteur forme une liaison hydrogène (LH) avec l’oxygène du groupe carbonyle de l’Ala 661 de l’hélice α du second récepteur. Une autre liaison hydrogène symétrique est formée entre l’oxygène du groupe carbonyle de Ala 661 du domaine TM du premier récepteur avec le groupe carboxyle de Glu 664 du domaine TM du second récepteur (figure 1.10 a). Ainsi, cette dimérisation accrue de l’oncogène Neu mimerait une association des récepteurs induite par leur ligand et entraînerait une activation constitutive de l’activité TK (Sternberg and Gullick 1989). Un second modèle complémentaire à celui de Sternberg et Gullick a été proposé par Smith et collaborateurs qui ont étudié les séquences TM des récepteurs Neu sauvage et oncogénique par des techniques de spectroscopie infrarouge polarisée et de RMN (Smith et al. 1996). Les résultats de cette étude suggèrent l’existence de liaisons hydrogène fortes entre les chaînes latérales des résidus Glu 664 (figure 1.10 b).
Figure 1.10 : Représentation schématique des interactions de liaisons hydrogène (LH) entre les hélices transmembranaires.
a) Les chaînes latérales protonnées de Glu 664 d’une hélice forment des LH avec le groupement carbonyle de Ala 661 de l’hélice opposée. D’après (Sternberg and Gullick 1989).
b) les chaînes latérales protonnées des résidus Glu 664 forment des LH entre elles (Smith et al. 1996).
C’est dans la partie N-terminale du domaine TM de Neu, reconnue pour induire une dimérisation des hélices TM qu’est localisé le résidu Valine 664 à l’intérieur d’une séquence consensus (Sternberg and Gullick 1990).
Goetz et collaborateurs ont étudié, la structure du domaine TM de Neu, homologue de ErbB2 (Goetz et al. 2001). Par dichroïsme circulaire il est montré que ce domaine solubilisé dans le TFE (trifluoroéthanol) ou incorporé dans des solutions micellaires de SDS (sodium dodécyl sulfate) et d’eau ou dans des bicelles composées de mélange de DMPC
G677
I671
A653
α π α
phosphatidylcholine) / DCPC (dicaproyl-phosphatidylcholine) bien hydratées, adopte une structure hélicoïdale pour environ 80% de ses acides aminés. L’étude par RMN du proton en solution dans du TFE, montre une hélice α régulière présentant une déformation π sur deux tours (Ile 671-Gly 677) couvrant la région riche en valines (Val 673-Val 676). La figure 1.11 représente la structure du domaine transmembranaire de Neu.
Récemment, Houliston et collaborateurs ont mis en évidence de façon moins marquée la présence de la hernie π dans le segment TM de Neu. Ainsi, ils ont observé par RMN en solution dans le TFE et dans des micelles de DPC (dodécylphosphocholine) une différence structurale entre le segment TM sauvage et muté Val664/Glu(Houliston et al. 2003, 2004).
Ces résultats ont été confirmés dans nos études antérieures (voir annexe 2) (Samna Soumana et al. 2005).
Le domaine TM des récepteurs ErbB2 ou Neu a été largement étudié au sein de l’équipe (Duneau et al. 1999; Duneau et al. 1999; Duneau et al. 1997; Duneau et al. 1996; Garnier et al. 1997; Garnier et al. 1994; Sajot et al. 1999; Sajot and Genest 2000, 2001).
Les premières études de dynamique moléculaire sur le récepteur Neu/ErbB2 ont été réalisées sans tenir compte de l’environnement membranaire. Les simulations in vacuo sont une approximation valable de cet environnement membranaire si l’on compare les constantes diélectriques relatives (dans le vide ε = 1 et dans la membrane ε = 2-4).
Garnier et collaborateurs ont montré que le peptide ErbB2 muté Val659/Glu est plus flexible que son homologue sauvage (Garnier et al. 1994). Toutefois, la structure hélicoïdale de ces Figure 1.11 : Superposition des 5 structures minimisées (séquence de 35 résidus : E650- R684) du segment TM de Neu, après modélisation (code PDB : 1IIJ). Meilleure superposition des structures entre les résidus V656 et K681 avec un RMSD de 1 Å calculé sur les atomes du squelette peptidique. Le motif α π α est indiqué. Hélice α LH : COi et NHi+4 Hélice π LH : COi – NHi+5. D’après (Goetz et al. 2001).
deux peptides est conservée, néanmoins il apparaît des changements conformationnels tels une transition α π, au niveau du site de la mutation et en aval, ces résultats sont aussi observés dans le cas de Neu sauvage et muté (Samna Soumana et al. 2005) (voir annexe 2).
La présence de déformation π a été également observée dans le cas de ErbB2 sauvage et muté Val659/Glu (Duneau et al. 1996). Elles sont observées aussi bien dans le vide que dans un environnement lipidique composé de DLPE (dilauroyl-phosphatidylethanolamine), ou de DMPC (Dimirystoyl-phosphatidylcholine) (Duneau et al. 1997; Duneau et al. 1996; Samna Soumana et al. 2005). L’origine de la déformation vient de la succession de résidus β branchés (comme les résidus valine) suivis d’une glycine, qui agissent comme déstabilisateur de la structure en hélice α. D’autres séries de simulations ont montré que la mutation oncogénique n’empêche pas la transition locale α π.
Par mécanique et dynamique moléculaires la recherche des modèles d’homodimérisation des segments TM de Neu, ErbB2 proto-oncogénique et oncogénique a été effectuée en se basant sur les données biologiques (Duneau et al. 1999; Duneau et al. 1999; Duneau et al. 1997;
Duneau et al. 1996; Garnier et al. 1997; Garnier et al. 1994; Sajot et al. 1999; Sajot and Genest 2000, 2001). Il a été montré que les hélices ont une préférence pour les interactions de type gauche. Le modèle de dimère muté Val659/Glu est stabilisé par des liaisons hydrogène inter-hélices entre les chaînes latérales de Glu, en accord avec les résultats expérimentaux (Smith et al. 1996). Le rôle du motif VEG a été mis en évidence pour l’association des hélices TM. Au cours de ces simulations, différents modes d’association des hélices TM de ErbB2 ont été observés, et sont également décrits par les techniques Monte Carlo (Kim et al. 2003).
Dans la plupart des simulations sur les dimères, les hélices présentent des hernies π.
L’étude des homodimères du domaine TM des récepteurs ErbB2/Neu dans un environnement membranaire formé de DMPC (Aller et al. 2005) ou de POPC (Palmitoyloléyl-phosphatidylcholine) (Aller et al. 2006) a fait l’objet d’une thèse effectuée par Pierre Aller.