le désordre intrinsèque dans les protéines

IDP M2 BBP Oct. 2013 1

Le désordre intrinsèque dans les protéines

T. Michon, INRA [email protected]

05 57 12 23 91

Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus

mailto:[email protected]


Primary structure

3D-Information


Cyclin Dependent Kinase 2 (CDK2)


Désordre intrinsèque dans les protéines

Les concepts ont la vie duredésordre aucune fonction biologique

?


Le désordre intrinsèque : un choc culturel

Etude expérimentale difficile : n’est « saisissable » qu’en présence d’un partenaire identifié

Mise en évidence nécessite des approches conjuguées : génomique protéomique, interactomique, bioinformatique, méthodes biophysiques

Difficile à concevoir : invisible pour l’œil du structuraliste


Le désordre intrinsèque des protéines : une mode ?

2009-2013

Une réalité biologique à suivre ….


Enrichissement des bases de données : Existe-t-il des caractéristiques spécifiques aux PID ?


Désordre et composition en acides aminés

Order promoting Neutral Disorder promotingRadivojac et al. (2007). Biophys J 92(5): 1439-1456.

152 protéines450 protéines


(but cryptic helix)


eIF4E 4E-BP

Oldfield, et al. 2005 Biochemistry, 44, 12454

Des structures secondaires cryptées


COUPLED BINDING AND FOLDING

Helix formation

Phosphate hydrogen bonding

Electrostatics

Cryptic secondary structures

Observed in the complex

Predicted

Wright, P. E. and H. J. Dyson (1999). J Mol Biol 293(2): 321-331.

pKID (transcription factor CREB)

CBP (activates CREB)

Kinase Inducible activation Domain (pKID) of the transcription factor CREB


La prediction du désordre est-t-elle possible ?

Le désordre en BiologieDésordre et Fonction


La prédiction de désordre dans les génômes


enzymes, transporteursspécificité = ordre

1

1

1

cytosquelette, divisiongrandes fonctions cellulairesmulticomposants = désordre

2

2

2

Hubs :interacteurs multiples

Ends :interactions binaires

Haynes et al. PLOS, 2006, 2, 890ordre désordre


(A) Random coil. NMR structure of HIV-1 Tat protein. (One of the 10 conformers)(B) Premolten globule : Sendai Virus nucleocapsid binding domain some residual secondary structures. : 200 conformers (C) Molten globular state, Allergen PHL P2 (pollen); secondary structures retained, side chains changing from rigid to non rigid packing.; translocation of proteins across membranes. (D) Protein with ordered domain and premolten globule-like domain. Tumor repressor p53 tetramer-DNA complex; DNA (magenta) . 4 Disordered N-terminal domains (20 conformers for each monomer).(E) Protein with ordered domain and random coil. an ammonia channel (integral membrane protein)(F) Ordered protein : liver catalase with an NADPH binding site

Un désordre polymorphe


(A) LEA proteins (LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT) protect against abiotic stress

Disordered chaperon

(B) Transcription Factor TRD (NAC, bZip)

(C) N-domains of GRAS control plant development : phytohormones perception, stress signals; coordinate interactions with TFs

(D) CRY C-terminal domains : light-dependent switch. Transduction to specific protein–protein interactions initiation of photomorphogenic program. In darkness, PHR active site masked by disordered domain.

IDP in plants


The GRAS family (10 subfamillies)

GAI : [GA (GIBBERELLICACID)-INSENSITIVE]RGA : (REPRESSOR OF GAI) SCR : (SCARECROW). Roles in signal transduction controlling plant development.

The DELLA sub-family


• Repressors of GA-responsive genes• control fruit patterning, • modulate JA signalling, • integrators of regulatory and environmental signals.

GA receptor

Hélices cryptiques


30% 20-30 residues

HIV1 Tat (RMN)3 structures

[Tat, Cdk9, cyclin T1](X ray)

prédiction

Xue et al. (2011) Cell Mol Life Sci

26IDP M2 BBP Oct. 2013

[Tat, Cyclin T1,TAR RNA](X ray)


Dernière minute : et FLS2 ? Du désordre ?


Les potyvirus voyagent léger !!

Pour se reproduire identique à lui-même

:Il recrute des

facteurs de la plante

?

Approche biochimique

ProtéinesHôte virusCycle viral


Chroboczek et al. (2010). in Flexible viruses : structural disorder within viral proteins. V. N. Uversky and S. Longhi, John Wiley and Sons.

Organisation génomique des potyvirus

VPgP1

HcProP3

PIPO

6k1CI

6k2VPg

ProNIb RdRP

CP

5’ 3’

AAA


protéine Taille kDa

Fonction

(Symptomatologie)

% désordre Pondr

P1 52 autoprotéolyse 44HcPro 55 Protéase

multiples20

P3 45 (pathogénicité) 516K1 6 ? 15CI 77 hélicase 16

6K2 6 Encrage membranaire

28

VPg 25 Multiples ? 45Pro 25 protéase 6.5NIb 62 polymérase 9.8CP 33 capside 40


plante résistante eIF4E fonctionnelle

L’interaction VPg-eIF4E nécessaire à l’infection

Le système VPg-eIF4E

Charron, et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68.


Résistance et contournementDémonstration expérimentale PVY-piment, Charron et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68.

susceptible cultivar

eIF4E2+ VPgLeIF4E2+ eIF4E22

mutation

no infection

resistant cultivar

PVY-LYE80

PVYresistance overcoming

VPgL

Suceptible cultivar

resistant cultivar

infectioninfection

eIF4E22

eIF4E2+

VPgL VPgSmutation

PVY-SON41

VPgSVPgS

VPgLeIF4E2+ eIF4E22

Plasticité ?


Mécanismes moléculaires impliqués

Hypothèse minimale : la VPg mimerait la coiffe recrutement de la machinerie de traduction cellulaire

par le virus

eIF4GeIF4E

PABP

A A A

CAP

PABPVPg

VIRAL RNA

A A A

eIF4G eIF4E

CAP


La VPg, un modulateur efficace de eIF4E 1. Méthodologie

• quantifier les paramètres de l'interaction VPg-eIF4E • évaluer les effets de la VPg sur l'interaction de eIF4E avec la

coiffe des ARNm. • construire un modèle mécanistique minimum des interactions

VPg-eIF4E-coiffe. 2. Résultats

• affinité de eIF4E pour VPg 3-7 fois plus forte que pour la coiffe (25-100 nM);

• la coiffe et la VPg se fixent sur deux sites de eIF4E distincts mais dépendants.

• la fixation de la VPg diminue l'affinité de eIF4E pour la coiffe d'un facteur 10 à 15.

• la fixation de eIF4G sur eIF4E est favorisée par la VPg


GST VPg

E.coli

Affinité glutathion

GST VPg

La VPg pour recruter d’autres protéines de la plantes

(GST pull down) anti VPg anti 4Ganti 4E

NI I

gst

gst-VPg

anti VPganti 4E

anti 4G


Analyse mécanistique des interactions VPg-eIF4E in vitro

VPg

eIF4E-VPg

eIF4E eIF4E-coiffe

coiffe

Coiffe-eIF4E-VPg

coiffe

VPg

pep4G-eIF4E

pep4G

pep4G-eIF4E-VPg pep4G

Michon et al FEBS. J. 2006


Viral proteins

Plantproteins

VPg a Hub protein ?Jiang & Laliberté, 2011 Current Opinion in Virology 1; 5. 347


Désordre et composition en acides aminés


résidue number

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

PO

ND

R s

core

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

High identity

Protease exposure1

Helix prediction

Disorder prediction

HcPro, eIF4E

LMV

eIF4E, TuMV

Y 63 genomic 5’ RNA

résidue number

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

PONDR score

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

LMV

PVA

PVY

TuMV

consensus

P P P

*

PO

ND

R V

L-XT,

sco

re


Les VPg : des ID protéines ?

Famille genre virus Taille VPg, kDa

% désordre Pondr

Potyviridae potyvirus LMV 25 45« Tombusviridae » sobemovir

usRYMV 10 43

Caliciviridea Lagovirus RHDV 15 62

Birnaviridae Aquabirnavirus

IPNV 94 58

Picornaviridae Enterovirus PV 2.5 90Comoviridae Comovirus CPMV 3 100Luteoviridae Enamoviru

sPEMV 3 25-60


Uversky, 2002; Protein Sci. 11: 739

Deux familles de protéines ID

VPg (PVA)

Totalement désordonnées

Pré-Molten

STOPPED FLOW DEVICE



time, s0 0,2 0,4 0,6

F 342

nm

0

200

400

600

800

1/[VPg(89-105)], µM-10 0,1 0,2 0,3

1/k o

bs,

s

0

0,02

0,04


FLY CASTING

le paradigme relation structure-fonction ?

• un domaine un interacteurVPg : un domaine plusieurs interacteurs (compaction de génôme ?)

• domaine d’interaction domaine ordonnéVPg : domaine désordonné (plasticité pluri-fonctionnelle ?)

• spécificité de fonction faible variabilitéVPg : variabilité élevée (adaptation à l’hôte ?)



Gradient robustnessDisordered proteins

Threshold robustnessGlobular proteins

Prot

ein

func

tiona

lity

(Viru

s fitn

ess)

Mutations accumulation

Constat : il existe une relation entre : domaine d’interaction avec les partenaires variabilité de la séquence désordre

Question :Existe-t-il une pression sélective en faveur de la conservation du désordre au niveau des régions

d’interaction ?



Amandine Barra, Justine Charon, Jocelyne Walter

INRA, UMR 1332 Villenave d’Ornon

Eugénie Hébrard

IRD, Montpellier

Yannick Bessin, Nathalie Declerk

Centre de Biochimie Structurale, UMR 5048, Montpellier

Sonia LonghiArchitecture et Fonction des Macromolécules Biologiques, UMR 6098, Marseille

Kristiina Mäkinen, Kimmo RantalainenUniversity of Helsinki, Finland

Vladimir N UverskyDept of Biochemistry and Molecular Biology, Indiana University, Indianapolis

Merci à :


GA

GID1

DELLAF-box

UbiquitinylationProteasome

le désordre intrinsèque dans les protéines

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