Signalisation par des ATPases STAND : études fonctionnelles et structurales – STAND

Les protéines STAND (Signal Transduction ATPases with Numerous Domains) représentent une nouvelle classe de protéines signalisatrices sophistiquées. Ces protéines, que l'on retrouve dans les trois règnes du vivant, fonctionnent comme des centres régulateurs qui intègrent des signaux positifs et négatifs, et répondent en émettant un signal. Cette double fonction d'intégration et d'émission se traduit par une architecture modulaire complexe. Les protéines STAND sont constituées d'un module conservé de ~ 35 kDa, capable d'hydrolyser l'ATP. Ce module est suivi d'un domaine intermédiaire, puis d'un domaine senseur liant l'inducteur et souvent constitué de motifs peptidiques répétés. La signalisation aval est déclenchée par un domaine effecteur qui est situé à l'une ou l'autre extrémité de la protéine. Nombre de ces protéines jouent un rôle clef dans la physiologie humaine : Apaf-1, (facteur déclenchant l'apoptose), les protéines NLR (qui contrôlent les réponses immunitaires innées), le facteur transcriptionnel CIITA,…. Leur importance est soulignée par l'existence de pathologies sévères dues à des mutations dans un gène codant une protéine STAND (e. g., le Bare Lymphocyte Syndrome, la maladie de Crohn, les maladies auto-inflammatoires associées à des mutations NALP3 de type « gain de fonction »,…). Malgré leur importance, rares sont les protéines STAND humaines qui ont été caractérisées in vitro. De plus, à ce jour, on ne comprend pas encore le mécanisme moléculaire du processus de transduction du signal par une protéine STAND. Cependant, tout un ensemble de données suggère que le mécanisme à la base de ce processus de signalisation est conservé chez les protéines STAND. Ces protéines fonctionnent comme un interrupteur régulé. La position OFF correspond à une forme monomérique, liée à l'ADP et stabilisée par des effecteurs négatifs. La position ON correspond à une forme multimérique liée à l'ATP. Le basculement OFF -> ON, qui implique le remplacement de l'ADP par l'ATP, est déclenché par la fixation de l'inducteur. Le retour à l'état au repos de la protéine est assuré par l'hydrolyse de l'ATP lié à la forme multimérique. Par contre, on a peu d'informations à ce jour sur la structure de la forme « au repos », sur celle de la forme active, et sur les raisons pour lesquelles l'activation de la protéine requiert absolument la présence de l'inducteur. Dans ce projet, nous proposons d'utiliser des approches génétiques, biochimiques et structurales pour comprendre au niveau moléculaire le mécanisme régissant l'activation d'une protéine STAND. Comme système modèles, nous utiliserons des protéines STAND bactériennes, principalement le facteur de transcription MalT d'E. coli, l'une des proétines STAND les mieux caractérisées. Tout d'abord, nous caractériserons tout une série de substitutions altérant une fonction précise du processus d'activation de MalT. La comparaison des propriétés des variants étudiés (conformations, contacts interdomaine intramoléculaires, constantes de la réaction de fixation des différents ligands,...) avec celles de la protéine de type sauvage nous permettra de définir les principales étapes du processus d'activation et les changements conformationnels sous-jacents. Cette étude nous permettra entre autres d'élucider le rôle joué par l'inducteur. De plus, nous mettrons en place une approche structurale pour obtenir la structure atomique de la forme active et de la forme au repos d'une protéine STAND complète. En conclusion, toutes ces approches permettront d'obtenir un panorama détaillé des mécanismes moléculaires de la signalisation par une protéine STAND et fourniront un cadre de référence précieux pour l'étude de ces protéines ayant un intérêt médical. Enfin, nous proposons également de mettre en place une approche biochimique pour l'étude de la protéine NOD1, un récepteur cytosolique impliqué dans le déclenchement de réponses immunitaires innées en présence de motifs particuliers dérivés du peptidoglycane. Ceci im