Implications des sites zinc-cystéinates dans le stress peroxydique: approche mécanistique par des modèles peptidiques – ZINCCYS

Les espèces réactives de l'oxygène comme O2°-, H2O2 et HO° sont des sous-produits de la respiration chez les organismes vivants. Elles peuvent endommager les protéines, les acides nucléiques et les membranes cellulaires. Les cellules luttent contre les effets délétères du stress oxydant grâce à des protéines de défense. Parmi elles, se trouve une famille de protéines qui utilisent des cystéines pour interagir avec les espèces réactives de l'oxygène. Cette famille comprend par exemple les peroxyrédoxines et les alkylhydroperoxyde réductases. Elles ont en commun d'agir selon le même mécanisme, à savoir le piégeage de H2O2 par un résidu cystéine pour donner un acide sulfénique qui est ensuite attaqué par une deuxième cystéine pour donner un disulfure. La réduction du disulfure par des thiols libres tels que le glutathion ramène le système dans son état initial. Ainsi ces systèmes ont été qualifiés d'interrupteurs rédox (redox-switches). Récemment, il a été découvert que la défense contre le stress oxydant était sous le contrôle d'interrupteurs rédox protéiques comme OxyR chez Echerichia coli, qui ont pour fonction de détecter H2O2. Très récemment, d'autres détecteurs de H2O2 (RsrA, PerR, Hsp33) ont été découverts : ils possèdent un site actif où les cystéines sont liées à un ion Zn2+. Ces sites ont pour formule générale Zn(His)x(Cys)4-x avec x £ 2. Des sites similaires, mais ayant des fonctions très différentes, existent aussi dans des protéines à doigt de zinc et dans de nombreuses enzymes à zinc et il a été montré qu'ils pouvaient être endommagés par H2O2. Alors que l'oxydation des cystéines non métallées a été beaucoup étudiée, la réactivité des sites Zn(His)x(Cys)4-x vis-à-vis de H2O2 n'a jamais été étudiée en détail au niveau moléculaire. Le but de ce projet est de combler ce fossé grâce à des peptides modèles. D'autre part, il est connu que le cadmium et le plomb peuvent remplacer le zinc dans ces sites. Il a également été décrit que le cadmium augmentait le stress oxydant. Par ce projet, nous désirons également évaluer l'effet d'une substitution du zinc par du cadmium et du plomb tant du point de vue de la structure des sites M(His)x(Cys)4-x que du point de vue de leur réactivité rédox. Les protéines PerR et Hsp33 sont deux senseurs de H2O2. En prenant comme point de départ de départ leurs structures qui présentent un ion Zn2+ lié à la protéine par deux paires de cystéines, l'une située dans une boucle entre deux brins d'un feuillet b et l'autre située dans une hélice, nous allons concevoir des peptides comportant des sites de formule Zn(His)x(Cys)4-x. Ces peptides, de 20 à 30 acides aminés, comprendront un squelette cyclique pour mimer la boucle et une chaîne peptidique branchée sur la chaîne latérale d'un des acides aminés du cycle pour mimer l'hélice. Des peptides modèles de doigts de zinc, qui possèdent des sites et des topologies similaires, seront également étudiés en comparaison. Nous allons caractériser la sphère de coordination des complexes métal/peptide avec Zn(II), Cd(II) et Pb(II). Pour avoir une description précise des mécanismes d'oxydation au niveau moléculaire, la structure tridimensionnelle de ces complexes sera soigneusement déterminée par RMN. Enfin les constantes d'affinité pour les différents métaux seront mesurées. L'étude détaillée du mécanisme de la réaction des cystéines liées au métal avec H2O2 nécessitera d'abord que l'on détermine par électrochimie le potentiel d'oxydation de ces cystéines. Ainsi nous pourrons évaluer l'effet de la charge du site, de la présence de liaisons hydrogène et de la nature hydrophobe ou polaire du site. Ensuite, la réactivité vis-à-vis de H2O2 sera évaluée au niveau moléculaire pour identifier le produit final - probablement un disulfure - et l'intermédiaire, qui devrait être un acide sulfénique. Nous nous intéresserons aussi à la formation possible de produits de suroxydation, tels que les acides sulfiniques ou les thiosulfinates en étudiant l'effet de la quantité