La Méthionine Sulfoxyde Réductase de classe A : (MsrA) Introduction : L oxydation des protéines se produit quand des espèces réactives de l'oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS) et des espèces réactives de l'azote (Reactive Nitrogen Species, RNS) interagissent avec les chaînes latérales d'acides aminés. Les acides aminés dans les protéines contenant du soufre et/ou des groupements aromatiques sont les plus susceptibles de subir une oxydation. Les résidus d acides aminés tels que la méthionine et la cystéine (ayant un atome de soufre) sont responsables de plus de 70% de l'activité de piégeage des ROS en protéines. La Méthionine Sulfoxyde Réductase de classe A est une enzyme qui a été découverte dans les années 1980 dans des études sur l'activité biologique de la protéine ribosomale Escherichia coli [1] que l'on trouve dans l'intestin des mammifères. Son EC (Enzyme Commission number) est 1.8.4.11, ce qui signifie que c'est une protéine qui est une oxydoréductase, qui agit sur un groupement donneur contenant du soufre qui se trouve être un groupement disulfure. Il existe deux classes de Méthionines Sulfoxydes Réductases : [1],[2],[3],[4] - Les MsrB catalysent la réduction stéréospécifique de la L-méthionine-(R)-sulfoxyde. - Les MsrA catalysent la réduction stéréospécifique de la L-méthionine-(S)-sulfoxyde qui sont celles qui nous intéressent ici. Elle répare la L-méthionine-(S)-sulfoxyde (MetSO), de manière réversible, en la convertissant en méthionine, rendant leur fonctionnalité aux peptides ayant été altérés par l'oxydation. Par conséquent, cela protège les cellules (et les bactéries) du stress oxydant et cela contribue à l'empêchement d'oxydations reliées à des maladies telle que la maladie d'alzheimer. La réaction est la suivante : Peptide-L-méthionine-(S)-S-oxyde + thiorédoxine (réduite) = Peptide-L-méthionine + thiorédoxine disulfide (oxydée) + H 2 O Thiorédoxine réduite Thiorédoxine oxydée
1) Le nombre d'acides aminés contenus dans cette protéine : Il n'est pas donné de manière précise puisque l'on observe des nombres différents selon les publications observées : - La détermination structurale effectuée dans une publication en spectroscopie RMN nous indique qu'il y en a 212. [5] - La détermination structurale effectuée dans une publication en diffraction des rayons X avec une résolution de 1,90 Angström nous indique qu'il y en a 211. [6] Les enchaînements d'acides aminés sont exactement les mêmes, à la différence près qu'en spectroscopie RMN, une méthionine a été ajoutée en début de chaîne. Cette différence du nombre d acides aminés est probablement due à la résolution de la détermination structurale via la diffraction des rayons X qui est assez moyenne. Les conditions expérimentales de la réalisation du spectre RMN et du diffractogramme sont les suivantes : - Pour la diffraction des rayons X on est à ph = 7,0, 0,35 M de sulfate d ammonium, une température de 277 K et 20% de PEG (PolyEthylène Glycol) 8k. - Pour la RMN on est à ph = 7,1, dans 90% d eau et 10% d eau lourde, avec une concentration de 1 mm en enzyme. Dans les deux techniques il y a d autres espèces en plus mais on ne sait pas ce que c est. 2) La réactivité de la MsrA : Le cycle catalytique pour la MsrA dans le cas de l'enzyme humaine (avec S x = Cys 51, S y = Cys 198, S z = Cys 206 ) est le suivant [8] :
Pour déterminer quelle cystéine réagissait dans le site catalytique, la méthode suivante a été utilisée : HO O NH 2 H 3 C S As CH 3 SH H 2 N O Cette méthode permet de bloquer la réactivité d'une cystéine et donc en conséquent d'observer le rôle des deux autres dans le cycle catalytique. Pour l étape de réduction dans le cycle catalytique, le schéma suivant a été proposé [8] : HO On constate au cours de cette étape de réduction qu il y a deux acides aminés tyrosines (celles en position 82 et 134) et un acide aminé glutamine (position 94) qui interviennent pour complexer via liaison hydrogène l oxygène du groupement sulfoxyde. Les mécanismes montrés précédemment pour le cycle catalytique et l étape de réduction peuvent être mis en doute lorsque l on regarde les distances qu il y a entre les acides aminés intervenant dans ces étapes. [8]
A une distance aussi grande, les ponts disulfures ne peuvent pas se construire. De ce fait on émet l hypothèse qu il doit y avoir des mouvements de l enzyme permettant de rapprocher les cystéines afin que les ponts disulfures puissent se faire. De plus, plusieurs questions demeurent sans réponse actuellement au niveau de ce mécanisme : - Une des cystéines est activée via un proton, quelle molécule ou partie de molécule joue le rôle de base pour récupérer ensuite ce proton? - La molécule formée après l'étape IA est-elle un intermédiaire de réaction ou un état de transition? Existe-t-elle réellement? Voici un petit tableau avec les constantes cinétiques de l activité de la MsrA [2] : DTT : dithiothreitol (c est un réducteur commme Trx). On remarque que la MsrA a une activité différente en fonction du réducteur utilisé. 3) La structure primaire et secondaire de la MsrA : - En spectroscopie RMN, [5] on a :
- En diffraction des rayons X, [6] on a : On observe dans cette protéine trois hélices 3 10 en diffraction des rayons X, cinq hélices alpha et huit feuillets bêta dans les deux méthodes. 4) La structure tertiaire de la MsrA : - En spectroscopie RMN [5], on a :
- En diffraction des rayons X, [6] on a : Étant donné que cette protéine contient des hélices alpha et bêta, on peut donc affirmer qu'elle est de structure globulaire. Bibliographie : [1] Weissbach, H.; Resnick, L.; Brot, N. Biochimica et Biophysica Acta. 2005, 1703, 203-212. [2] Boschi-Muller, S.; Olry, A.; Antoine, M.; Branlant, G. Biochimica et Biophysica Acta. 2005, 1703, 231-238. [3] Moskovitz, J. Biochimica et Biophysica Acta. 2005, 1703, 213-219. [4] Weissbach, H. et al. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2002, 397, 172-178. [5] www.rcsb.org 2GT3 [6] www.rcsb.org 1FF3 [7] Favier, F. et al. J.Mol.Biol. 2008, 377, 268-280. [8] Boschi-Muller, S. et al. Archives of Biochemistry and Biophysics. 2008, 474, 266-273.