a. Séquence primaire de Asf1
La séquence de la protéine Anti-Silencing Factor 1 (Asf1) est très conservée chez tous les organismes eucaryotes avec notamment un domaine N-terminal conservé et une partie C- terminale variable. Chez certaines levures, l’extrémité C-terminale est très riche en groupements aspartate et glutamate formant des queues caractéristiques de types poly Asp/Glu (D/E). Ce type d’extrémité C-terminale est commun à plusieurs protéines chaperons d’histones. En revanche, elle n’existe pas dans les deux isoformes de la protéine humaine Asf1 (hAsf1a et hAsf1b). Par ailleurs, la partie C-terminale de hAsf1a est très riche en résidus phosphorylables de type sérine et thréonine. Dans de nombreuses études in vivo, il apparaît que la queue C-terminale n’est pas indispensable pour de nombreuses fonctions de Asf1.
b. Structures de hAsf1 et de ScAsf1
Les structures du domaine N-terminal de ScAsf11-155 et de hAsf1a1-156 libres ont été obtenues par cristallographie par diffraction de rayons X à une résolution de 1,5 Å et par
RMN [285, 286]. Ce domaine très conservé (58 % d’identité entre ScAsf1 et hAsf1) se structure selon un repliement caractéristique de type immunoglobuline, correspondant à un domaine allongé de type sandwich en dix feuillets β avec notamment deux petites hélices α sur des boucles reliant les brins β. La superposition des deux structures obtenues chez l’homme et la levure montre seulement deux différences majeures au niveau des boucles A48-Y53 et N80-G91 reliant respectivement les brins β4-β5 et β6-β7 (Figure III-12). Ce sont les deux zones parmi les moins conservées (seulement 24 % d’identité) [286].
Figure III-12 A. Les 20 meilleures structures obtenues pour le domaine N-terminal très conservé de hAsf11-156. B. Superposition des deux structures obtenues du domaine N-terminal de ScAsf11-155 et
hAsf11-156 (généré par PYMOL, Delano Scientific, South San Francisco, CA) [285, 286].
c. Structures du complexe entre Asf1 et les histones H3 et H4
Très récemment, des données structurales sur le complexe entre le domaine N-terminal de hAsf1 ou de ScAsf1, et des fragments C-terminaux de H3 ou de H3/H4 ont été obtenues par RMN ou par cristallographie par diffraction de rayons X [134, 253, 287, 288].
Les deux études les plus complètes, qui utilisent des fragments du domaine C-terminal comprenant les trois hélices de H3 (60-134 ou 60-135) et de H4 (20-101 ou 24-100) en interaction respectivement avec ScAsf11-164 et hAsf11-154, montrent qu’il y a deux zones d’interaction. La zone d’interaction principale fait intervenir l’hélice α3 et la moitié C- terminale de l’hélice α2 de l’histone H3, et la seconde zone, la partie C-terminale de H4 [134, 253] (Figure III-13).
Figure III-13 Complexe ternaire à une résolution de 2,7 Å entre la protéine hAsf11-154 (rouge) et les
histones H360-135 (bleu) et H424-100 (vert). Le premier site de liaison fait intervenir l’hélice α3 et l’extrémité
C-terminale de α2. Le second site de liaison fait intervenir l’extrémité de l’histone H4 en formant un
feuillet β anti-parallèle (βc) avec Asf1 [253]. Le triangle orange indique le site de liaison opposé de HirA, un autre partenaire de hAsf1 [289].
La surface d’interaction de H4 avec Asf1 est située à la limite entre les deux brins β1 et
β10, et représente environ 500 Å2. L’extrémité C-terminale de H4 (95-97 ou 95-98) forme un nouveau brin β anti-parallèle avec les brins β d’Asf1 et crée un réseau de liaisons hydrogène qui connecte les trois protéines [134, 253]. L’interaction est aussi stabilisée par le résidu F100 qui est fixé dans une cavité hydrophobe entre les brins β1 et β10 par l’intermédiaire de liaison Van Der Walls [253]. Globalement, la formation du complexe Asf1–H3/H4 ne modifie pas la conformation de Asf1, par contre l’extrémité C-terminale du peptide H4 fait une rotation de 180° pour venir former ce brin anti-parallèle.
Le site principal de fixation sur Asf1, d’une surface d’environ 900 Å2, fait intervenir la partie C-terminale de l’hélice α2 et l’hélice α3 de l’histone H3 [134, 253]. Ce site est composé d’une zone hydrophobe hautement conservée, légèrement renfoncée, et entourée de résidus chargés. Lors de la formation du complexe, les hélices α2 et α3 se réarrangent pour permettre
1
ersite de liaison
2
ndsite de liaison
un contact encore plus proche avec les feuillets β. L’interaction principale fait intervenir les résidus de l’histone L126 (H3), R129 (H3) et I130 (H3) très conservés dans une interaction hydrophobe avec les résidus de le protéine V45 (Asf1), V92 (Asf1), V94 (Asf1), L96 (Asf1) et Y112 (Asf1) eux même très conservés (Figure III-14). Parmi ces résidus seul I130 est remplacé par L130 dans la levure [134].
Figure III-14 Interaction entre les résidus de hAsf1 (résidus rouges) et ceux de l’histone H3 (résidus bleus) dans le premier site de liaison. A droite : Poche hydrophobe du site de liaison où vient se lier L126, R129 et
I130 de l’histone H3 [253].
Des expériences de mutagenèse ont notamment montré que la mutation V94R déstabilise complètement in vitro et in vivo l’interaction entre hAsf1–H3/H4. La mutation de ce résidu au centre de l’interaction entraîne des défauts dans le mécanisme de « silencing » de la transcription, une sensibilité aux dommages de l’ADN et une croissance cellulaire sensible à la température [286].
De plus, des interactions ioniques et des liaisons hydrogène se forment en périphérie pour stabiliser le complexe, impliquant d’une part R129 (H3) et R134 (H3) avec D54 (Asf1), E105 (Asf1) et R108 (Asf1), et d’autre part K122 (H3) et D88 (Asf1) [287]. Chez l’homme, la partie hydrophobe de K122 (H3) interagit avec A48 (Asf1) et V92 (Asf1) [287]. La mutation de K122E est létale pour la cellule alors que R134E est viable [287]. Cependant, Natsume et al. indiquent que dans leur structure du complexe, le résidu K122 (H3) est accessible à de possibles enzymes de modifications post-traductionnelles [253].
L’étude de RMN, menée par notre collaboratrice F. Ochsenbein et son équipe avec le fragment H3122-135, concorde avec les trois autres études cristallographiques [287]. La surface d’interaction entre le peptide H3122-135 et la protéine hAsf11-156 représente 430 Å2. Dans une étude antérieure menée par la même équipe, la conformation du peptide H3122-135 marqué 15N a été étudiée en présence ou en l’absence de la protéine hAsf11-156 [286]. Un spectre 15N- HSQC et l’indice de déplacements chimiques des Hα des résidus de H3122-135 indiquent que le peptide seul est non structuré en solution. Ce peptide se replie ensuite en hélice α, du résidu K122 au I130, au contact de la protéine hAsf11-156. Cette hélice correspond à l’hélice C- terminale α3 de l’histone H3 dans le nucléosome. De plus, les valeurs des effets Overhaüser hétéronucléaires 15N-{1H} du peptide lié sont consistantes avec une structure rigide comme celle du domaine N-terminal de la protéine hAsf11-156, indiquant que les résidus de K122 à G132 sont en forte interaction avec hAsf11-156 (Figure III-15).
Figure III-15 Séquence du fragment H3122-135 : la zone d’interaction. Les résidus en vert correspondent au
reste du TAG utilisé pendant la purification du peptide. Les résidus en orange sont dans une zone flexible. Les résidus en bleu sont dans une zone en forte interaction avec hAsf11-156. Les résidus en rouge sont les
résidus observés en interaction avec hAsf11-156 lors de l’étude RMN [286, 287].
Afin de tester notre méthode de détection des résidus en interaction, nous avons choisi d’étudier ce peptide en interaction avec hAsf11-156. Le paragraphe suivant expose les premiers résultats obtenus avec notre méthode de caractérisation des interactions protéine–ligand, en étudiant le complexe formé entre hAsf11-156 et H3122-135. Nos résultats seront principalement commentés en les comparant avec ceux obtenus par RMN chez l’humain avec les mêmes fragments protéiques par l’équipe de F. Ochsenbein et avec ceux par cristallographie de Natsume et al. [253, 287].