Tandems PDZ

Comme décrits précédemment, deux traits particuliers distinguant les domaines PDZ des autres modules d’interaction est leur propension à apparaître en copie multiple dans une

protéine ⁷⁴ ainsi que leur capacité à former des complexes homotypiques ¹¹⁵. On dénombre

environs 35 protéines possédant deux domaines PDZ successifs séparés par moins de 25 résidus, on parle alors de tandem de PDZ. Malgré cette abondance de tandem PDZ, il existe relativement peu de publication sur leurs organisations et leurs rôles dans la cellule. Une

A₁

A₂

B₁

B₂

grande partie des résultats de cette thèse concerne la structure du tandem de PDZ contenu dans la Whirline, nous allons donc détailler la littérature pour ce type d’organisation dans le prochain paragraphe.

La Synténine possède deux domaines PDZ, de faible identité de séquence, et séparés par un lien de seulement 5 résidus. Les deux domaines interagissent par des régions éloignées

de leur sites actifs ¹⁴³, sans conséquence sur l’accessibilité aux ligands. Une étude RMN du

tandem en solution (RDC et CSP)¹⁴⁴ montre que les nombreuses structures cristallines du tandem sont semblables mais ne correspondent pas aux conformations plus diverses présentes en solution. Le tandem de la Synténine a une forte affinité pour son partenaire Syndecan. Les deux domaines PDZ de la Synténine sont tous deux capables d’interagir simultanément avec

un dimère de Syndecan, augmentant les affinités des domaines isolés 145,146. Dans ce modèle

de structure, le ligand interagit de façon non-conventionnelle avec le PDZ1, en ne fixant que

son carboxylate C-terminal sans autres contacts avec le site du PDZ ¹⁴⁶.

La protéine GRIP1 est composée de 7 domaines PDZ organisés en deux régions et un

domaine isolé en C-terminal: PDZ1-3, PDZ4-6 et le PDZ7 ¹⁴⁷. Dans chaque région, les deux

domaines PDZ N-terminaux PDZ12 et PDZ45 s’organisent en tandem ; l’un des domaines PDZ ne possède qu’un rôle chaperon pour l’autre domaine endossant, lui, la fonction de liaison au PBM du tandem (Figure 23). Dans le cas de PDZ12, le second domaine PDZ a son site actif complétement occulté par la surface d’interaction avec le PDZ1, empêchant toute liaison à un partenaire ¹⁴⁸. Le PDZ2 ainsi que le lien peptidique entre les domaines sont indispensables au repliement natif et à la fonction du premier domaine. Les auteurs justifient le “sacrifice” de la fonction d’un domaine au profil d’un autre pour permettre une régulation plus fine de la protéine. Leur hypothèse est qu’une phosphorylation sur une tyrosine conservée du lien inter-domaine pourrait déstabiliser le supramodule et déplier le premier domaine. Cette hypothèse se base sur une la perte de la conformation en supramodule lors de la mutation de cette tyrosine¹⁴⁸. Le phénomène n’a, en revanche, pas été montré dans la cellule. Pour le tandem PDZ45, les sites actifs des deux domaines sont accessibles au solvant, mais une déformation importante du site actif du PDZ4 le rend incapable d’interagir avec un

PBM ¹⁴⁹. Comme pour le tandem PDZ12, le domaine PDZ5 ne peut se replier sans le domaine

Figure 23 : Structures de tandem PDZ résolues à ce jour. Représentation des tandems de domaines PDZ dont la structure a été résolue à ce jour. Le sillon d’interaction des domaines est en vert (brin ß2 et "2) les ligands sont indiqués en rouge et les liens entre les domaines en bleu. L’extension C-terminale du PDZ5 de INAD est indiquée en orange. Synténine PDZ1-2 pdb :1N99 ; PSD95 PDZ1-2 pdb :3GSL ; GRIP PDZ1-2 pdb : 2QT5 ; GRIP PDZ4-5 pdb : 1P1D ; INAD PDZ4-5 pdb : 3R0H ; Scribble PDZ3-4 pdb : 4WYU. Syntenine PDZ 1-2 PSD95 PDZ 1-2 GRIP1 PDZ 1-2 GRIP1 PDZ 4-5 Inad PDZ 4-5 Scribble PDZ 3-4 PDZ1 PDZ2 PDZ2 PDZ1 PDZ1 PDZ2 PDZ5 PDZ4 PDZ5 PDZ4 PDZ3 PDZ4

La protéine PSD95 forme un tandem composé de ses deux domaines PDZ N-terminaux. Ce tandem est principalement maintenu par un lien inter-domaine court et rigide (4 résidus dont 2 Prolines) contraignant fortement la liberté d’orientation relative des deux

domaines ¹⁵⁰. La contrainte permettrait de garder une orientation commune aux sites actifs des

deux domaines, favorable à l’interaction avec des récepteurs membranaires multimériques au glutamate, partenaires de PSD-95. Cette orientation contrainte a permis de développer des petites molécules bidentates capables de cibler les deux sites du tandem ¹⁵¹. Le cas de la protéine de drosophile INAD est un bel exemple de régulation des tandems PDZ. Dans cette protéine présente dans les cellules photoréceptrices, le site actif du PDZ5 est verrouillé par un pont disulfure. L’ouverture du sillon est régulée par la réduction réversible du pont disulfure

induite par l’exposition du domaine à la lumière 152. Ce PDZ5 forme un supramodule

homotypique avec le PDZ4 (Figure 23). Cette conformation est notamment maintenue par une extension C-terminale du PDZ5 entourant le domaine PDZ4. L’interaction entre cette extension est maintenue par l’acceptation d’une liaison hydrogène par une Histidine protonable sur l’extension du PDZ5. La conformation modifie le potentiel redox de la liaison disulfure du PDZ5, gardant son sillon d’interaction ouvert. Un changement local de pH ¹⁵³ pourrait changer l’état de protonation de l’Histidine clé de l’extension C-terminale du PDZ5, dissociant instantanément le supramodule homotypique PDZ45. La dissociation aurait alors

un effet sur le potentiel redox du pont disulfure, refermant le site actif du domaine PDZ5 ⁵⁰.

La protéine Scribble possède aussi un supramodule, formé par ses domaines PDZ3 et 4. La structure de ce tandem montre que les deux sites actifs des domaines sont accessibles

dans le supramodule homotypique (Figure 23) ¹⁵⁴. L’interaction des deux domaines permet

d’agrandir la poche d’interaction du PDZ3, en formant une interaction directe entre la Phenylalanine p(-4) du partenaire et la boucle ß4-α2 du PDZ4, améliorant d’un facteur 4 l’affinité. Il reste à démontrer si ce supramodule peut se dissocier pour moduler l’interaction avec le partenaire.

Ces exemples montrent bien la diversité des rôles des tandems de PDZ. De manière générale, les supramodules homotypiques ont deux rôles principaux; augmenter l’affinité pour un partenaire ou fournir un mode supplémentaire de régulation de l’interaction de l’un des domaines.