Construction d'une sous-unité

Scientific Reports volume 6, Numéro d'article : 19183 (2016) Citer cet article

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Les métallochapérones sont des protéines liant les métaux conçues pour délivrer le métal approprié à une protéine cible. Le métal est généralement transféré entre différentes protéines. Dans cette étude, nous avons découvert que le métal était transféré entre la même sous-unité d’une nitrile hydratase mutante (NHase). Diverses « protéines activatrices » interviennent dans le trafic des ions métalliques vers les NHases. Nous avons construit des NHases de fusion en fusionnant les sous-unités β et α et/ou les « protéines activatrices » de la NHase de Pseudomonas putida. Les NHases de fusion présentaient une thermostabilité et une tolérance plus élevées à des concentrations élevées du produit amide. Le mécanisme d'incorporation du cobalt est passé d'un modèle d'échange de sous-unités à un modèle de chaperon moléculaire spécifique à l'apoprotéine in vivo et à un modèle de métallochaperone in vitro. Notamment, le transfert de cobalt s'est produit entre la même sous-unité α dans le motif métallochaperone. Ces résultats ont non seulement démontré la supériorité des NHases de type fusion, mais ont également révélé un modèle innovant de transfert d’ions métalliques dans la biosynthèse des métalloprotéines.

Les métalloprotéines ont été intensivement caractérisées depuis des décennies et plus d’un tiers de toutes les protéines sont des métalloprotéines1. Les rôles médiés par les ions métalliques dans les protéines comprennent le transfert d'électrons, le transport de l'oxygène, la régulation des gènes et la stabilisation de la structure2. Plusieurs mécanismes généraux de biosynthèse des métallocentres ont été rapportés dans une revue3 ; l’un d’eux est l’administration par métallochaperone d’un ion métallique ou de molécules contenant du métal. Les métallochapérones sont des protéines de liaison aux métaux conçues pour délivrer l'ion métallique approprié ou des molécules contenant du métal à une protéine cible. La protéine cible et la métallochaperone sont généralement des protéines différentes et la protéine cible présente une spécificité de ligand et une plus grande affinité pour l'ion métallique.

La nitrile hydratase (NHase, EC 4.2.1.84)4 est une enzyme catalysant l'hydratation d'un large éventail de nitriles en amides correspondants5. L'enzyme est composée de sous-unités α et β et contient soit du fer non héminique (Fe-NHase)6, soit du cobalt non corrin (Co-NHase)7,8. Le trafic des ions métalliques vers les NHases est médié par les « protéines activatrices » correspondantes9. Il a été démontré que les activateurs des Fe-NHases agissent comme des métallochapérones10, tandis que les « protéines activatrices » agissent comme des « chaperons d'échange de sous-unités » pour l'incorporation du cobalt dans la plupart des Co-NHases9,11,12.

L'échange d'auto-sous-unités est l'une des étapes de maturation post-traductionnelle de la famille Co-NHase . La protéine activatrice existe sous la forme d'un complexe avec la sous-unité α de la NHase et l'incorporation du cobalt dans la NHase dépend de l'échange de la sous-unité α entre la sous-unité α sans cobalt de la NHase et la sous-unité α contenant du cobalt du complexe9. L'échange d'auto-sous-unités est assez différent des mécanismes généraux actuellement connus de la biosynthèse des métallocentres9,11,13, qui ont été rapportés dans une revue de Kuchar et Hausinger3, comme suit : (i) liaison réversible des ions métalliques ; (ii) l'administration par métallochaperone d'un ion métallique ou d'un cofacteur ; (iii) modification post-traductionnelle créant un site de liaison métallique ; (iv) liaison synergique d'un métal avec un autre composant ; (v) synthèse de cofacteurs contenant des métaux ; (vi) incorporation de métal couplée à un transfert d'électrons ; et (vii) la nécessité d'un chaperon moléculaire spécifique à l'apoprotéine, etc.14. L'échange d'auto-sous-unités a été découvert pour la première fois dans la L-NHase de Rhodococcus rhodochrous J19, puis dans la H-NHase de la même souche11. On suppose qu'il se produit dans diverses autres Co-NHases et dans une enzyme de la famille des NHase, la thiocyanate hydrolase, qui contient également un centre de cobalt non corrin unique avec deux ligands de cystéine modifiés post-traductionnellement12,15. Les « chaperons échangeant des sous-unités » présentent une fonction protéique surprenante, contrairement aux métallochaperons dans la biosynthèse des métallocentres et aux chaperons moléculaires dans le repliement des protéines9,11.