IDP M2 BBP Oct. 2013 1 Le désordre intrinsèque dans les protéines T. Michon, INRA Bordeaux [email protected] 05 57 12 23 91 Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus
Feb 23, 2016
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
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 duredésordre aucune fonction biologique
?
IDP M2 BBP Oct. 2013 7
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
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
Order promoting Neutral Disorder promotingRadivojac et al. (2007). Biophys J 92(5): 1439-1456.
152 protéines450 protéines
IDP M2 BBP Oct. 2013 11
IDP M2 BBP Oct. 2013 12
(but cryptic helix)
IDP M2 BBP Oct. 2013 13
eIF4E 4E-BP
Oldfield, et al. 2005 Biochemistry, 44, 12454
Des structures secondaires cryptées
IDP M2 BBP Oct. 2013 14
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
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
Le désordre en BiologieDésordre et Fonction
IDP M2 BBP Oct. 2013 18
La prédiction de désordre dans les génômes
IDP M2 BBP Oct. 2013 19
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 20
(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
IDP M2 BBP Oct. 2013 21
(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
IDP M2 BBP Oct. 2013 22
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 23
• Repressors of GA-responsive genes• control fruit patterning, • modulate JA signalling, • integrators of regulatory and environmental signals.
GA receptor
Hélices cryptiques
IDP M2 BBP Oct. 2013 24
IDP M2 BBP Oct. 2013 25
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)
IDP M2 BBP Oct. 2013 27
Dernière minute : et FLS2 ? Du désordre ?
IDP M2 BBP Oct. 2013 28
Les potyvirus voyagent léger !!
Pour se reproduire identique à lui-même
:Il recrute des
facteurs de la plante
?
Approche biochimique
ProtéinesHôte virusCycle viral
IDP M2 BBP Oct. 2013 29
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 30
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 31
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.
IDP M2 BBP Oct. 2013 32
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 ?
IDP M2 BBP Oct. 2013 33
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
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 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
IDP M2 BBP Oct. 2013 3535
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 36
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 37
Viral proteins
Plantproteins
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
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 40
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 41
Uversky, 2002; Protein Sci. 11: 739
Deux familles de protéines ID
VPg (PVA)
Totalement désordonnées
Pré-Molten
IDP M2 BBP Oct. 2013 42
STOPPED FLOW DEVICE
IDP M2 BBP Oct. 2013 43
IDP M2 BBP Oct. 2013 44
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
IDP M2 BBP Oct. 2013 45
FLY CASTING
IDP M2 BBP Oct. 2013 46
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 ?)
47IDP M2 BBP Oct. 2013
IDP M2 BBP Oct. 2013 48
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 ?
49IDP M2 BBP Oct. 2013
IDP M2 BBP Oct. 2013 50
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 :
IDP M2 BBP Oct. 2013 51
GA
GID1
DELLAF-box
UbiquitinylationProteasome