Aucune structure à haute résolution de AC isolée n'est disponible. Cependant, des mesures hydrodynamiques [77] ont détecté une forme sphérique de ce domaine dans les trois états, en solution. Dans notre étude, nous analysons la forme générale du soluté en calculant le rayon de giration dé ni comme l'écart quadratique moyen des distances entre le centre géométrique du soluté et tous ses atomes. Le rayon de giration (Fig IV.6) est similaire et stable entre 26.5 et 27.0 Å pour les trajectoires AC-(2Ca-C-CaM) et AC-(0Ca-C-CaM), et décroît de 25.5 à 24.2 Å pour la trajectoire AC-isolé. Les variations entre les rayons de AC-isolé et les autres trajectoires sont petites, mais révèlent néanmoins une tendance signi cative du soluté à diminuer de taille. De plus, les moments d'inertie calculés au cours de la trajectoire AC-isolé (Fig IV.7) montrent une décroissance des moments d'intertie les plus grands, démontrant ainsi que la protéine a tendance à être moins allongée.
24.0 25.0 26.0 Temps (ns) Ra y on de gir ation ( A ° ) 0 5 10 15 20 25 30
Fig. IV.6: Variation du rayon de giration du domaine AC au cours des trajectoires AC(2Ca-C-CaM) (vert), AC(0Ca-C-CaM) (rouge) and AC-isolé (noir).
Une analyse en composantes principales (ACP) de la matrice de covariance des dynamiques donne accès à des informations additionnelles sur les tendances conformationnelles du soluté. Dif-férents pro ls de vecteurs propres sont obtenus (Fig IV.8) entre AC-isolé et les autres trajectoires. Pour AC-isolé, seule la première valeur propre est dominante et 10 vecteurs propres su sent pour expliquer 90% des mouvements internes de la protéine, tandis que pour (2Ca-C-CaM) et AC-(0Ca-C-CaM), ce sont les 2 et les 3 premières valeurs propres respectives qui sont dominantes et il faut 30 et 19 vecteurs propres respectivement pour expliquer 90% des mouvements internes des complexes. Le domaine AC décrit ainsi plus de mouvements collectifs.
0e+00 1e−17 2e−17 3e−17 4e−17 Moments d’iner tie de A C−isolé (g. A ° 2) axe 1 axe 2 axe 3 0 5 10 15 20 25 30 Temps (ns)
Fig. IV.7: Variations des moments d'inertie au cours de la trajectoire ACisolé. Les moments sont calculés par rappot aux axes 1, 2 et 3, correspondant aux première, deuxième et troisième plus grandes valeurs propres du tenseur d'inertie, calculé sur chaque structure de la trajectoire. 1/10 des conformations enregistrées ont été utilisées pour le calcul.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Indice des vecteurs propres (n)
V aleurs propres λn 0 5 10 15 20 25 30
Fig. IV.8: Valeurs propres de la dynamique essentielle : Trajectoire AC-(2Ca-C-CaM) en vert, AC-(0Ca-C-CaM) en rouge et AC-isolé en noir.
La projection du premier mode sur la structure du soluté montre des amplitudes plus larges pour les sous-domaines SA et CB (Fig IV.9), et démontre une tendance de ces régions à tourner autour d'un axe perpendiculaire au plan de la gure. Ce mouvement est le plus prononcé pour AC-isolé et soutient l'idée d'une déformation assez large de AC conduisant à une forme sphérique en rapprochant les régions SA et CB l'une vers l'autre, conformément aux résultats des mesures hydrodynamiques [77]. En outre, dans AC-(2Ca-C-CaM) ( g IV.9 a), CB décrit des mouvements plus importants que le reste de AC, tandis que dans AC-(0Ca-C-CaM) ( g IV.9 b), l'amplitude des mouvements de CB augmente au même titre que ceux de CA. Dans AC-isolé ( g IV.9 c), un large déplacement est observé pour SA, tandis que les régions CA et CB voient leurs amplitudes décroître relativement. La projection sur le premier mode observée ici pour CB avec sa petite
dérive conformationnelle ( gs IV.2 et IV.3) prouvent que cette région bouge en tant que corps rigide.
Fig. IV.9: Projections du premier mode sur les structures de : a) AC-(2Ca-C-CaM), b) AC-(0Ca-C-CaM) et c) AC-isolé.
Les tendances conformationnelles des complexes ont ensuite été comparées à leur architecture statique, obtenue à partir des distances entre les centres de masse des diérentes régions (Fig IV.10).
En présence de C-CaM, les centres de masse de CA et SA restent à une distance stable de 32 à 33 Å ( g IV.10 a), tandis que dans AC-isolé, la distance CA/SA oscille et décroît d'environ 4 Å. Cette grande variation de la distance est en accord avec les mouvements observés dans AC-isolé par l'analyse en composantes principales de la matrice de covariance ( g IV.9 c). La distance entre les centres de masse de la partie C-terminale et de C-CaM augmente d'environ 2 Å lorsque les ions Ca2+ sont retirés de C-CaM ( g IV.10 b). Cette augmentation est en accord avec la dérive conformationnelle plus grande de l'extrémité C-terminale observée pour AC-(0Ca-C-CaM) comparée à AC-(2Ca-C-CaM) ( g IV.3 a et b). Au cours de la trajectoire AC-(2Ca-C-CaM), la distance entre les centres de masse de CA et CB ( g IV.10 c) demeure stable autour de 27-28 Å. Elle augmente dans AC-(0Ca-C-CaM) et diminue légèrement dans AC-isolé. Les positions relatives de CA et de CB sont donc stables dans les systèmes étudiés.
28 29 30 31 32 33 34 Distance SA/CA ( A °) a) 18 19 20 21 22 23 24 Distance C−ter/C−CaM ( A °) b) 26 27 28 29 30 Distance CA/CB ( A °) 0 5 10 15 20 25 30 c) Temps (ns)
Fig. IV.10: Variations des distances entre les centres de masse de : (a) SA et CA, (b) C-CaM et C-ter, (c) CA et CB. Les courbes correspondent à : AC(2Ca-C-CaM) en vert, AC(0Ca-C-CaM) en rouge et ACisolé en noir.
Pour établir un lien entre les tendances conformationnelles de AC et son activité catalytique potentielle, une analyse de la déformation du site catalytique a été faite en calculant les distances entre les résidus catalytiques suivants [131] : K58, H63, K84, D188, D190, H298, N304, et F306. Trois centres de masse, CMCA, CMCB et CMCLoop sont respectivement calculés à partir de : K58, D188, D190 et H298 situés dans le sous-domaine CA, H63 et K84 situés dans CB, N304 et F306 situés dans la boucle catalytique.
Lorsque les deux ions Ca2+ sont retirés (trajectoire AC-(0Ca-C-CaM)), CB s'éloigne légère-ment de CA et la boucle C, comme le montrent les calculs des distances qui auglégère-mentent entre CMCA et CMCB ( g IV.11 a) et entre CMCLoop et CMCB (Fig IV.11 c), alors que la distance entre CMCA et CMCLoop reste constante IV.11(b).
Dans AC-isolé, toutes les distances décroient, en particulier la distance entre CMCA et CMCB
qui présente une diminution de 4 Å. Ces variations dans la géométrie du site catalytique peuvent être reliées à l'e cacité catalytique à travers la surface catalytique accessible au solvant. En eet, une surface catalytique petite restreint l'accès au site catalytique, tandis qu'une surface accessible plus grande facilite la liaison du substrat.
Dans les trajectoires de dynamique moléculaire analysées ici, la surface catalytique oscille entre une valeur moyenne de 527 Å2 pour AC-(2Ca-C-CaM), une valeur maximale de 614 Å2
8 10 12 14 16 18 Distances CA/CB ( A °) a) 8 10 12 14 16 18 Distances CA/Boucle ( A °) b) 10 15 20 Distances CB/Boucle ( A °) 0 5 10 15 20 25 30 c) Temps (ns)
Fig. IV.11: Variations de la géométrie du site catalytique décrites par les distances entre les centres de masse : (a) CMCA et CMCB, (b) CMCA et CMCloop, (c) CMCB et CMCloop. Les centres de masse, CMCA, CMCB et CMCLoop sont respectivement calculés à partir de : K58, D188, D190 et H298 situés dans CA, H63 et K84 situés dans CB, N304 et F306 situés dans la boucle catalytique. Les courbes correspondent à AC(2Ca-C-CaM) en vert, AC(0Ca-C-CaM) en rouge et ACisolé en noir.
trajectoire AC(2Ca-C-CaM) AC(0Ca-C-CaM) ACisolé Surface catalytique (Å2) 527.3 ± 54.4 614.7 ± 50.2 460.5 ± 91.7 main EF angle 3 (◦) 88 ± 2.5 92 ± 2.8 -main EF angle 4 (◦) 98.7 ± 3.2 98.3 ± 4.1 -Surface accessible de pièce hydrophobe (Å2) 764.0 ± 24.5 785.3 ± 32.1 -Distance main EF 3 α hélice H (Å) 11.5 ± 0.4 10.5 ± 0.3 -Distance main EF 4 α hélice H (Å) 11.6 ± 0.3 12.1 ± 0.3
-Tab. III: Analyse de la structure du site catalytique de l'adénylcyclase et de C-CaM au cours des trajectoires AC(2Ca-C-CaM), AC(0Ca-C-CaM) et ACisolé. La surface catalytique est la surface accessible au solvant (Å2) calculée avec MSMS 2.5.3 [204] sur les résidus catalytiques K58, H63, K84, D188, D190, H298, N304 and F306 dé nis dans la Figure 5c de Ref. [131]. La structure de C-CaM est caractérisée par : (i) la surface accessible au solvant (Å2) des résidus I85, A88, V91,F92, L105, M109, L112, L116, M124, F141, M144, M145, A147, dé nissant la partie hydrophobe [108], (ii) les angles moyens entre les axes des hélices α V et VI (résidus 82-92 et 102-111) et des hélices α VII et VIII (résidus 118-128 et 138-146), dé nissant l'ouverture des mains EF 3 et 4, (iii) les distances minimales (Å) entre les centres de masse des mains EF et l'axe de l'hélice H.
La géométrie de la poche de AC-(0Ca-C-CaM) est donc compatible avec une e cacité cataly-tique similaire à celle de AC-(2Ca-C-CaM), conformément aux observations expérimentales [39] montrant l'absence d'in uence des ions Ca2+ sur l'activité catalytique de AC. Comme attendu, la surface la plus ouverte dans AC-(0Ca-C-CaM) correspond à la plus grande distance observée
entre les centres de masse de CA et CB ( g IV.10 c). A l'inverse, dans AC-isolé, la géométrie ( g IV.11) tout comme la surface accessible au solvant du site catalytique (table III) révèlent une fermeture du site, gênant ainsi la liaison du substrat.
Il est à noter que pour le facteur ÷démateux (EF) de B. anthracis, [185], la délétion des ions Ca2+ a un eet opposé par rapport à ce qui est observé pour AC/C-CaM, dont la taille du site catalytique passe de 928 à 501 Å2. Cette fermeture du site catalytique dans le facteur ÷démateux EF est en accord avec la réduction de son activité catalytique pour des concentrations en Ca2+
décroissantes [39; 205].
L'analyse des tendances conformationnelles globales et de la géométrie du site catalytique de AC permet de relier la dérive conformationnelle importante décrite par AC-isolé avec la fermeture du site catalytique. A l'inverse, l'absence ou la présence des ions Ca2+ n'a qu'un eet limité sur l'architecture globale du complexe et de l'e cacité catalytique.