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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

Faits marquants

Chimie radicalaire : comment elle est contrôlée par les enzymes à Radical SAM

La chimie radicalaire permet, grâce à l’utilisation d’intermédiaires de haute énergie, de réaliser des réactions difficiles, voire impossibles par la chimie dite polaire. Dans la nature, ces réactions sont extrêmement contrôlées par l’environnement structural au sein d’enzymes dédiées. Les protéines dites « Radical SAM » utilisent un centre fer-soufre et la S-adénosylméthionine pour initier des réactions radicalaires variées. Ces métalloprotéines sont notamment retrouvées dans la biosynthèse de nombreux cofacteurs, mais aussi dans la modification de peptides à propriété antibiotique. La résolution de la structure cristalline de ThiH impliquée dans la synthèse anaérobie de la vitamine B1 a permis au chercheur du groupe Métalloprotéines de l’IBS, en combinant analyse structurale et calculs théoriques, de comprendre comment le substrat est reconnu par la protéine et comment il est activé. En particulier, le transfert d’atome d’hydrogène est facilité par un effet tunnel qui permet l’abaissement de la barrière d’activation. Enfin, ces travaux ont montré comment une somme de petits changements ont permis de modifier à la fois la sélectivité de substrat et la spécificité de réaction chimique au sein de cette importante famille de protéines, ouvrant ainsi la porte à de futurs travaux d’ingénierie moléculaire pour une plus grande utilisation de ces protéines comme outil biotechnologique.

L-tyrosine-bound ThiH structure reveals C-C bond break differences within radical SAM aromatic amino acid lyases. Amara P, Saragaglia C, Mouesca JM, Martin L, Nicolet Y. Nature Communications ; 13(1):2284

Contact : Yvain Nicolet, chercheur CEA de l’IBS (groupe Métalloprotéines)

Comment une enzyme fait de la place pour ses substrats

Chez les enzymes, la « 1ère sphère de coordination  » décrit la liaison d’un ou plusieurs substrats au site actif, tandis que les ligands protéiques qui servent à le(s) orienter correctement sont généralement définis comme appartenant à la « 2ème sphère de coordination ». Les éléments protéiques qui se trouvent au-delà de ce point, et qui peuvent encore affecter la catalyse, font partie de la « sphère de coordination externe ». La quinolinate synthase est un bon exemple de cette classification car, en plus d’avoir un site actif et des résidus qui fixent ses substrats, elle module le volume de ce site par des changements conformationnels internes remarquables.

Quinolinate synthase : an example of the roles of the second and outer coordination spheres in enzyme catalysis. Juan C. Fontecilla-Camps* and Anne Volbeda. Chem Rev. (2022) doi : 10.1021/acs.chemrev.1c00869.

Contact : Juan Carlos Fontecilla-Camps chercheur CEA de l’IBS (groupe Métalloprotéines)

L’endosulfatase extracellulaire HSulf-2 porte une chaîne de sucres qui « musèle » son activité pro-tumorale

Les polysaccharides de type Glycosaminoglycanes (GAGs) sont des constituants essentiels des surfaces cellulaires et des matrices interstitielles. Parmi eux, les héparanes sulfates (HS) sont impliqués dans un grand nombre de fonctions biologiques, de par leur capacité à fixer et à réguler l’activité d’un large répertoire de protéines de signalisation. Ces mécanismes sont finement contrôlés, notamment par des enzymes extracellulaires telles que l’endosulfatase HSulf-2, qui modifient la structure des HS et leurs propriétés d’interaction.
Des chercheurs de l’IBS (Structure et activité des Glycosaminoglycanes, équipe Vivès) et du CEA-Biosanté (Equipe IMAC, Odile Filhol-Cochet) ont montré que HSulf-2 est elle-même porteuse d’une chaîne de GAG qui agit comme un régulateur de son activité. Ainsi, son élimination (par mutation ou digestion enzymatique) accroit significativement l’activité de l’enzyme in vitro, et la surexpression de Sulf-2 dépourvue de chaine de GAG dans des cellules de cancer mammaire favorise la prolifération, la migration et l’invasion cellulaire, mais également la croissance tumorale et l’apparition de métastases pulmonaires in vivo (figure).
Ces travaux apportent un nouvel éclairage sur le mécanisme de régulation des HS par HSulf-2, et pour le développement de stratégies antitumorales ciblant ces enzymes.

Extracellular endosulfatase Sulf-2 harbors a chondroitin/dermatan sulfate chain that modulates its enzyme activity. El Masri R, Seffouh A, Roelants C, Seffouh I, Gout E, Pérard J, Dalonneau F, Nishitsuji K, Noborn F, Nikpour M, Larson G, Crétinon Y, Friedel-Arboleas M, Uchimura K, Daniel R, Lortat-Jacob H, Filhol O, Vivès RR. Cell Reports ; 38(11):110516

Contact : Romain Vivès, chercheur CNRS de l’IBS (Groupe Structure et Activité des Glycosaminoglycanes)