Caractéristiques structurales

La famille RNPP a été proposée en 2007, lorsque la structure de PlcR, un effecteur du quorum sensing, a été résolue en complexe avec son peptide de signalisation (Declerck, Bouillaut et al. 2007).

L’effecteur possède un domaine de liaison à l’ADN à motif HTH (Pabo and Sauer 1984) ainsi qu’un domaine de régulation à motifs répétés TPR (D'Andrea and Regan 2003). L’architecture de PlcR a révélé une forte homologie structurale avec PrgX, un autre effecteur de quorum sensing directe dont la structure avait déjà été résolue (Shi, Brown et al. 2005). Par ailleurs, des recherches d’homologies par Psi-Blast ont permis d’identifier plusieurs protéines apparentées à ces deux facteurs de transcription, parmi lesquelles NprR et les protéines de la famille Rap (Declerck, Bouillaut et al. 2007). La séquence de NprR présente le consensus du motif HTH ainsi que des motifs TPR mais se distingue de PlcR et PrgX par une insertion d’une centaine de résidus, commune aux protéines Rap. Les Rap sont directement régulées par leurs peptides de signalisation, mais sont dénuées de domaine de liaison à l’ADN et ne fonctionnent pas comme des facteurs de transcription, FIGURE 10. Une vue d’ensemble des systèmes connus de quorum sensing directe est présentée dans le TABLEAU 1 ci-contre.

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FIGURE 11: Caractéristiques structurales du motif TPR

A. Un motif TPR se compose de 2 hélices α antiparallèles HA et HB reliées par une boucle.

B. Les motifs TPR s’empilent pour former un module minimum dans lequel l’hélice HA d’un TPR interagit avec l’hélice HA du TPR suivant.

C. La structure globale d’un domaine TPR est une superhélice droite.

FIGURE 12: Séquence consensus du motif TPR

La séquence consensus du motif TPR est indiquée au dessus des HA et HB. Seules les positions G/A8, A20 et A27 sont très conservées, alors que les autres positions ont une préférence pour des résidus hydrophobes petits ou grands.

Figure extraite de l’article : (D'Andrea and Regan 2003)

43 a) Les motifs TPR

Les motifs TPR (TetratricoPeptide Repeat) sont retrouvés dans les 3 royaumes du vivant et permettent de médier les interactions protéines/protéines et les assemblages en multi complexe (Blatch and Lassle 1999). Un motif consiste en la répétition de 34 aa organisés en 2 hélices α, HA et HB, qui s’agencent de manière antiparallèle (FIGURE 11-A). L’unité fonctionnelle minimale comprend trois motifs répétés dont l’architecture est maintenue par des interactions entre l’hélice HA et son hélice HB ainsi que l’hélice HA du motif suivant (FIGURE 11-B). Un domaine TPR varie donc de 3 à plus de 16 motifs qui se répètent avec un angle d’empilement de 24° générant ainsi une structure globale du domaine TPR en super hélice (FIGURE 11-C) (Das, Cohen et al. 1998). Les 34 aa du motif ne présentent pas de séquence consensus stricte, mais plutôt une succession de résidus hydrophobes à des positions conservées comme l’indique la FIGURE 12 ci-contre (D'Andrea and Regan 2003). Les motifs TPR sont d’autant plus versatiles que l’insertion de résidus pouvant allonger la taille des hélices ou des boucles, ne modifie pas l’architecture du domaine (D'Andrea and Regan 2003). Ainsi, le programme de prédiction TPRpred (Karpenahalli, Lupas et al. 2007) ne reconnaît pas dans la séquence de PrgX les motifs TPR pourtant révélés par sa structure 3D.

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FIGURE 13: Caractéristiques structurales des domaines à motif HTH

Le motif HTH consiste en deux petites hélices α, H2 (bleu) et H3 (rouge) orthogonales et reliées par un tour. L’hélice H1 (jaune) stabilise le motif HTH en formant un cœur hydrophobe avec les hélices H2 et H3. L’hélice H3 interagit spécifiquement avec la double hélice d’ADN en s’insérant au niveau d’un grand sillon. Ces domaines fonctionnent en tandem et reconnaissent des séquences d’ADN palindromiques ou pseudo-palindromiques. Le complexe Cro/ADN a été ici pris comme exemple (code PDB : 3CRO).

FIGURE 14: Les trois grandes classes de domaines HTH

A. Domaine HTH à 3 hélices α : ne comprend que l’architecture minimale conservée composée des hélices H1, H2 et H3. B. Domaine HTH avec extension d’hélices α : comprend le cœur conservé ainsi que 1 à 2 hélices α supplémentaires. C. Domaine HTH avec extension de brins β : comprend le cœur conservé ainsi que 1 à plusieurs unités de brins β.

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b) Les domaines à motif HTH

Le motif HTH (Hélice-Tour-Hélice) existe chez les 3 royaumes du vivant mais est surtout répandu chez les procaryotes et permet de médier les interactions protéines/ADN (Wintjens and Rooman 1996). L’architecture minimale du domaine consiste en l’association de 3 petites hélices α (H1, H2 et H3) qui forment un cœur hydrophobe et où le motif est représenté par les hélices H2 et H3.

L’hélice H3 correspond à l’hélice de reconnaissance, cette dernière s’insert dans le grand sillon de l’ADN où elle interagit spécifiquement avec les bases exposées (Aravind, Anantharaman et al. 2005).

En dépit d’une grande diversité de séquence, il existe quelques éléments conservés, le plus caractéristique étant le motif « shs » situé dans le tour entre les hélices H2 et H3, où « s » représente un petit résidu (très souvent une Glycine) et « h » un résidu hydrophobe. En plus de cette signature, on note la conservation de résidus hydrophobes dans les hélices H1, H2 et H3 et qui forment le cœur hydrophobe stabilisant le domaine (Aravind, Anantharaman et al. 2005). Les domaines HTH fonctionnent en tandem pour reconnaître des séquences d’ADN palindromiques sur lesquelles ils se fixent au niveau de deux grands sillons consécutifs (FIGURE 13). Les unités fonctionnelles des facteurs de transcription à domaine HTH sont donc des dimères (Pabo and Sauer 1984). Il existe 3 grandes classes de domaines HTH (FIGURE 14) : les domaines basiques, composés uniquement du paquet de 3 hélices (H1, H2 et H3), les domaines avec des extensions d’hélices, composés du domaine basique auquel s’ajoutent 1 à 2 hélices α suplémentaires et enfin, les domaines avec des extensions de brins β, composés du domaine basique auquel s’ajoutent des unités de brins β structurés en épingle à cheveux (Aravind, Anantharaman et al. 2005). Au sein de ces classes, on distingue diverses sous familles. Les facteurs de transcription de la famille RNPP présentent des domaines HTH de la classe des domaines à extension d’hélices α et apparenté à la famille Cro (PROSITE) dont le membre représentatif est le facteur de transcription Cro issu du phage 434 (Wintjens and Rooman 1996). Il s’agit d’un domaine de 50 à 60 résidus souvent situé en Nter et composé de 4 à 5 hélices α.

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FIGURE 15: Régulation de la conjugaison du plasmide pCF10 chez E. faecalis

Le chromosome bactérien exprime le peptide cCF10 alors que le plasmide pCF10 exprime le facteur de transcription PrgX et le peptide inhibiteur iCF10 de l’opéron prgQ, Les deux précurseurs peptidiques sont clivés par les protéases transmembranaires Eep et SpII pour être sécrétés sous une forme active, reconnue et réimportée par les oligopeptides perméases (Opp). Les peptides réimportés interagissent avec l’effecteur PrgX. Le complexe PrgX/iCF10 réprime l’expression de l’opéron prgQ nécessaire au processus de conjugaison, alors que le complexe PrgX/cCF10 lève la répression.

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