Vue d’ensemble

1.3. Analyse structurale

1.3.1. Vue d’ensemble

La structure cristallographique d’OprN résolue à 2,3 Å de résolution montre que la protéine forme un canal long de 130 Å dont l’architecture est similaire à celle des autres OMF dont la structure a été résolue (Fig. 73A). Chaque monomère est constitué de deux principaux domaines, le domaine β et le domaine α. Il est à noter que l’on retrouve un motif structural répété au sein de chaque monomère (Fig. 73C), motif qui est conservé chez les bactéries Gram négatif.

P

si (

°)

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Le domaine β, long de 30 Å correspond au domaine transmembranaire du canal. Ce domaine est constitué de quatre brins β qui forment un feuillet incurvé. Cette inclinaison permet un emboîtement avec le feuillet β du monomère voisin pour former un tonneau caractéristique de la famille des OMFs. Les brins S1 et S2 ainsi que les brins S3 et S4 sont reliés par des boucles extracellulaires. La longueur de ces boucles ainsi que la présence ou non de pseudo-hélices varient suivant les OMFs. Pour OprN, elles sont de 13 et 9 résidus respectivement, et la boucle S3-S4 présente une petite pseudo-hélice qui inclut les résidus Gly306 à Gln308.

Figure 73 : Structures et architecture générale des OMF (A). OprN et OprM de Pseudomonas aeruginosa (code

PDB : 5IUY et 3D5K), TolC et CusC d’E. coli (code PDB : 1EK9 et 3PIK), VceC de Vibrio cholerae (code PDB : 1YC9), CmeC de Campylobacter jejuni (code PDB : 4MT4), MtrE de Neisseria gonorrhoeae (code PDB : 4MT0). La topologie et la structure du monomère d’OprN sont représentées respectivement par les figures B et C. Le motif structural répété conservé chez les bactéries Gram négatif est représenté en noir au sein du monomère (C).

A

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(Fig. 74). L’une d’entre elles adopte une position identique à celle des phospholipides dont la tête polaire est orientée vers le milieu intra- ou extracellulaire et la chaîne latérale hydrophobe enfouie à l’intérieur de la bicouche lipidique. Cette molécule de βOG interagit, via sa chaîne latérale hydrophobe avec la surface hydrophobe du domaine β et avec le palmitate de l’extrémité N-terminale voisine, grâce à des interactions hydrophobes. Ces contacts miment probablement l’interaction de ce domaine avec les lipides membranaires chez la bactérie. La seconde molécule de βOG interagit plutôt avec les boucles extracellulaires par l’intermédiaire de sa tête polaire, grâce à des liaisons hydrogène.

Figure 74 : Les molécules de détergent présentes au niveau du domaine β transmembranaire d’OprN. Le βOG

localisé à proximité du palmitate (représenté en vert sur l’image de gauche) mime la bicouche lipidique. La carte de densité électronique (à 0.8 σ de contour) (image de droite), montre cette molécule dans son environnement cristallin.

Au niveau du tonneau β, les trimères d’OprN s’assemblent au sein du cristal suivant un empilement de type I (Fig. 75), c'est à dire en position « tête-bêche » les uns par rapport aux autres. Ce type d'assemblage, favorisant l’empilement grâce aux contacts hydrophobes, est caractéristique des protéines membranaires, mimant ainsi une membrane plane.

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Figure 75 : Empilement de type I. les contacts cristallins se font par l’intermédiaire des surfaces hydrophobes

positionnées dans le même plan. Les protéines sont représentées en vert-orange et les détergents en rouge-noir, avec la tête polaire en rouge et la chaîne latérale hydrophobe en noir (Adapté de Krauss & al, 2013, International Journal of Molecular Sciences).

Cet empilement cristallin est également observé chez OprM. Néanmoins pour OprM, les domaines β de trimères voisins sont exactement dans le même plan, alors que pour OprN, ils présentent un léger décalage, le rendant beaucoup moins compact (Fig. 76). Ceci peut expliquer pourquoi la queue lipidique en N-terminal est mieux définie pour OprM que pour OprN malgré une moins bonne résolution.

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Le domaine α, correspondant au domaine périplasmique, est long de 100 Å. Il est constitué de 6 hélices α. Deux d’entre elles, les hélices H3 et H7 traversent entièrement le domaine périplasmique, tandis que les quatre autres sont reliées par paire (H6 – H8 et H2 – H4) pour former deux pseudo-hélices de même longueur que H3 et H7. Les segments de liaison sont peu structurés, formant le domaine équatorial encore appelé bouée, qui ceinture le domaine périplasmique.

Ce domaine équatorial est majoritairement constitué de boucles, et inclut l’extrémité C-terminale et une partie de l’extrémité N-terminale. Il comporte également deux petites hélices, H1 et H5 et deux petites pseudo-hélices. Les quelques résidus de l’extrémité C-terminale ainsi que l’étiquette poly-histidine qui ne sont pas présents dans la structure font partie de ce domaine. C'est également dans cette zone que se trouve la molécule de βOG piégée par l’étiquette histidine dans le 3ème monomère.

La présence de détergents au niveau de ce domaine pourtant hydrophile est permise par l'empilement de type II observé pour la partie périplasmique, dans lequel les contacts polaires impliquent les têtes polaires des détergents (Fig. 77).

Figure 77 : Empilement de type II. Les contacts cristallins se font par l’intermédiaire des têtes polaires des

détergents. Les protéines sont représentées en vert-orange et les détergents en jaune-violet, avec la tête polaire en jaune et la chaîne latérale hydrophobe en violet (Adapté de Krauss & al, 2013, International Journal of Molecular Sciences)

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périplasmique d’un trimère et le domaine équatorial du trimère voisin (Fig. 78).

Figure 78 : Empilement cristallin de type II d’OprN. La vue agrandie montre une molécule de βOG (en jaune)

piégée à l’interface entre le domaine équatorial et l’extrémité périplasmique de deux trimères.

Néanmoins, ces contacts polaires impliquent des résidus dont la nature varie au sein du packing, ce qui pourrait expliquer la présence d’une seule molécule de βOG, uniquement au niveau du monomère C.

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Figure 79 : La vue élargie de l’extrémité C-terminale d’un monomère montre la présence d’une molécule de détergent (en jaune) piégée par l’étiquette poly-histidine (panneau supérieur). La carte de densité

électronique et la vue agrandie (panneau inférieur) montrent l’environnement cristallin partiel de la molécule de βOG.