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Le désordre intrinsèque dans les protéines

Le désordre intrinsèque dans les protéines. Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus. T. Michon, INRA Bordeaux michon@bordeaux.inra.fr 05 57 12 23 91. Primary structure. 3D-Information. Cyclin Dependent Kinase 2 (CDK2). Désordre intrinsèque dans les protéines. ?.

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Le désordre intrinsèque dans les protéines

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Presentation Transcript

  1. Le désordre intrinsèque dans les protéines Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus T. Michon, INRA Bordeaux michon@bordeaux.inra.fr 05 57 12 23 91 IDP M2 BBP Oct. 2013

  2. IDP M2 BBP Oct. 2013

  3. Primary structure 3D-Information IDP M2 BBP Oct. 2013

  4. Cyclin Dependent Kinase 2 (CDK2) IDP M2 BBP Oct. 2013

  5. IDP M2 BBP Oct. 2013

  6. Désordre intrinsèque dans les protéines ? Les concepts ont la vie dure désordre aucune fonction biologique IDP M2 BBP Oct. 2013

  7. Le désordre intrinsèque : un choc culturel Difficile à concevoir : invisible pour l’œil du structuraliste 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 IDP M2 BBP Oct. 2013

  8. Le désordre intrinsèque des protéines : une mode ? 2009-2013 Une réalité biologique à suivre …. IDP M2 BBP Oct. 2013

  9. Enrichissement des bases de données : Existe-t-il des caractéristiques spécifiques aux PID ? IDP M2 BBP Oct. 2013

  10. Désordre et composition en acides aminés 152 protéines 450 protéines Orderpromoting Disorderpromoting Neutral Radivojac et al. (2007). Biophys J 92(5): 1439-1456. IDP M2 BBP Oct. 2013

  11. IDP M2 BBP Oct. 2013

  12. (but cryptichelix) IDP M2 BBP Oct. 2013

  13. Des structures secondaires cryptées 4E-BP eIF4E Oldfield, et al. 2005 Biochemistry, 44, 12454 IDP M2 BBP Oct. 2013

  14. COUPLED BINDING AND FOLDING Kinase Inducible activation Domain (pKID) of the transcription factor CREB pKID (transcription factor CREB) Helix formation Phosphate hydrogenbonding Electrostatics CBP (activates CREB) Cryptic secondary structures Predicted Wright, P. E. and H. J. Dyson (1999). J Mol Biol293(2): 321-331. Observed in the complex IDP M2 BBP Oct. 2013

  15. La prediction du désordre est-t-elle possible ? IDP M2 BBP Oct. 2013

  16. IDP M2 BBP Oct. 2013

  17. IDP M2 BBP Oct. 2013

  18. Le désordre en BiologieDésordre et Fonction La prédiction de désordre dans les génômes IDP M2 BBP Oct. 2013

  19. 2 1 • enzymes, transporteurs • spécificité = ordre 1 Hubs : interacteurs multiples Ends : interactions binaires 1 2 cytosquelette, division grandes fonctions cellulaires multicomposants = désordre 2 ordre désordre IDP M2 BBP Oct. 2013 Haynes et al. PLOS, 2006, 2, 890

  20. Un désordre polymorphe (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 IDP M2 BBP Oct. 2013

  21. IDP in plants (A) LEA proteins (LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT) protect against abiotic stress (B) Transcription Factor TRD (NAC, bZip) (C) N-domains of GRAS control plant development : phytohormonesperception, 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. Disordered chaperon IDP M2 BBP Oct. 2013

  22. The GRAS family (10 subfamillies) GAI : [GA (GIBBERELLIC ACID)-INSENSITIVE] RGA : (REPRESSOR OF GAI) SCR : (SCARECROW). Roles in signal transduction controlling plant development. IDP M2 BBP Oct. 2013

  23. The DELLA sub-family • Repressors of GA-responsive genes • control fruit patterning, • modulate JA signalling, • integrators of regulatory and environmentalsignals. GA receptor Hélices cryptiques IDP M2 BBP Oct. 2013

  24. IDP M2 BBP Oct. 2013

  25. 30% 20-30 residues IDP M2 BBP Oct. 2013

  26. Xue et al. (2011) Cell Mol Life Sci HIV1 Tat (RMN) 3 structures prédiction [Tat, Cyclin T1,TAR RNA] (X ray) [Tat, Cdk9, cyclin T1] (X ray) IDP M2 BBP Oct. 2013

  27. Dernière minute : et FLS2 ? Du désordre ? IDP M2 BBP Oct. 2013

  28. ? Approche biochimique Protéines Hôte  virus Cycle viral Les potyvirus voyagent léger !! Pour se reproduire identique à lui-même : Il recrute des facteurs de la plante IDP M2 BBP Oct. 2013

  29. Organisation génomique des potyvirus 5’ PIPO 3’ AAA P1 P3 CI VPg NIbRdRP VPg HcPro 6k1 6k2 Pro CP Chroboczek et al. (2010). in Flexible viruses : structural disorder within viral proteins. V. N. Uversky and S. Longhi, John Wiley and Sons. IDP M2 BBP Oct. 2013

  30. IDP M2 BBP Oct. 2013

  31. Le système VPg-eIF4E L’interaction VPg-eIF4E nécessaire à l’infection plante résistante eIF4E fonctionnelle Charron, et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68. IDP M2 BBP Oct. 2013

  32. mutation VPgL eIF4E22 eIF4E22 VPgL eIF4E2+ eIF4E2+ VPgL mutation VPgS PVY resistance overcoming Résistance et contournementDémonstration expérimentale PVY-piment, Charron et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68. eIF4E2+ VPgL eIF4E22 PVY-LYE80 resistant cultivar Suceptible cultivar no infection infection infection eIF4E2+ Plasticité ? VPgS VPgS PVY-SON41 susceptible cultivar resistant cultivar IDP M2 BBP Oct. 2013

  33. A A A PABP PABP CAP A A A eIF4G eIF4G eIF4E eIF4E VIRAL RNA CAP VPg Mécanismes moléculaires impliqués Hypothèse minimale : la VPg mimerait la coiffe  recrutement de la machinerie de traduction cellulaire par le virus IDP M2 BBP Oct. 2013

  34. La VPg, un modulateur efficace de eIF4E • 1. Méthodologie • quantifier les paramètres de l'interaction VPg-eIF4E • évaluer les effets de la VPgsurl'interaction de eIF4E avec la coiffe des ARNm. • construire un modèlemécanistique 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 fixentsurdeux sites de eIF4E distinctsmaisdépendants.   • la fixation de la VPgdiminuel'affinité de eIF4E pour la coiffe d'un facteur 10 à 15. • la fixation de eIF4G sur eIF4E estfavorisée par la VPg IDP M2 BBP Oct. 2013

  35. GST GST VPg VPg E.coli Affinité glutathion La VPg pour recruter d’autres protéines de la plantes (GST pull down) anti 4E anti VPg anti 4G I NI anti 4E anti VPg anti 4G gst-VPg gst IDP M2 BBP Oct. 2013 35

  36. pep4G coiffe pep4G-eIF4E eIF4EeIF4E-coiffe VPg VPg   eIF4E-VPg  Coiffe-eIF4E-VPg coiffe pep4G-eIF4E-VPg  pep4G Analyse mécanistique des interactions VPg-eIF4E in vitro Michon et al FEBS. J. 2006 IDP M2 BBP Oct. 2013

  37. Viral proteins Plant proteins VPg a Hub protein ? Jiang & Laliberté, 2011 Current Opinion in Virology 1; 5. 347 IDP M2 BBP Oct. 2013

  38. Désordre et composition en acides aminés IDP M2 BBP Oct. 2013

  39. IDP M2 BBP Oct. 2013

  40. Les VPg : des ID protéines ? IDP M2 BBP Oct. 2013

  41. Deux familles de protéines ID Totalement désordonnées VPg(PVA) Pré-Molten Uversky, 2002; Protein Sci. 11: 739 IDP M2 BBP Oct. 2013

  42. IDP M2 BBP Oct. 2013

  43. STOPPED FLOW DEVICE IDP M2 BBP Oct. 2013

  44. IDP M2 BBP Oct. 2013

  45. FLY CASTING IDP M2 BBP Oct. 2013

  46. IDP M2 BBP Oct. 2013

  47. le paradigme relation structure-fonction ? • un domaine  un interacteur • VPg : un domaine plusieurs interacteurs • (compaction de génôme ?) • domaine d’interaction  domaine ordonné • VPg : domaine désordonné • (plasticité pluri-fonctionnelle ?) • spécificité de fonction  faible variabilité • VPg : variabilité élevée • (adaptation à l’hôte ?) IDP M2 BBP Oct. 2013

  48. Threshold robustness Globular proteins Proteinfunctionality (Virus fitness) Gradient robustness Disordered proteins Mutations accumulation IDP M2 BBP Oct. 2013

  49. 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 ? IDP M2 BBP Oct. 2013

  50. Merci à : • Amandine Barra, Justine Charon, Jocelyne Walter • INRA, UMR 1332 Villenaved’Ornon • Eugénie Hébrard • IRD, Montpellier • Yannick Bessin, Nathalie Declerk • Centre de Biochimie Structurale, UMR 5048, Montpellier • Sonia Longhi • Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques, UMR 6098, Marseille • Kristiina Mäkinen, KimmoRantalainen • University of Helsinki, Finland • Vladimir N Uversky • Dept of Biochemistry and Molecular Biology, Indiana University, Indianapolis IDP M2 BBP Oct. 2013

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