Modèle convention de mutation concertée

Modèle convention de mutation concertée

Un système allostérique frappant est le chaperonine GroEL, qui favorise le repliement des protéines in vivo et in vitro de manière dépendante de l`ATP (pour les examens, voir refs. 5 – 7). GroEL se compose de 14 sous-unités identiques formant deux anneaux heptamériques dos-à-dos empilés (8), dont les cavités fournissent un environnement protecteur pour le pliage des protéines. Il subit des changements conformationnels induits par l`ATP (9, 10) qui sont responsables de l`alternance (entre les États de liaison et de libération des substrats protéiques) qui est crucial pour sa fonction de pliage (11 – 13). Les changements conformationnels induits par l`ATP peuvent également fournir l`énergie pour le déploiement forcé de substrats protéinés liés mal pliés (14). Les mesures à l`état d`équilibre des taux initiaux d`hydrolyse de l`ATP par GroEL à différentes concentrations d`ATP ont montré qu`elle subit deux transitions allostériques induites par l`ATP: l`une avec un point médian à des concentrations d`ATP relativement faibles et la seconde à une augmentation de l`ATP concentrations (15). Chacune des transitions allostériques se reflète dans la coopérativité positive intra-anneau. La concentration d`ATP plus élevée requise pour effectuer la deuxième transition allostérique reflète la coopérativité négative entre les anneaux. Un modèle imbriqué pour la coopérativité dans l`ATP liant par GroEL qui décrit ces constatations a été proposé (12, 15) dans lequel, conformément à la représentation Monod – Wyman – Changeux (2), chaque anneau est en équilibre entre deux États qui se convertissent dans une manière: un État T, avec une faible affinité pour l`ATP et une forte affinité pour les substrats protéiques non pliés, et un état R avec une forte affinité pour l`ATP et une faible affinité pour les substrats protéiques non pliés. Le double anneau de GroEL subit des transitions séquentielles de Koshland – Némethy – filmer-type (3) induites par l`ATP de l`État TT via l`État TR jusqu`à l`état RR.

On a constaté que les diagrammes des taux initiaux d`hydrolyse de l`ATP et des taux observés de la variation conformationnelle de T → R pour les mutants Phe-44 → TRP, ASP-155 → Ala GroEL en fonction de la concentration d`ATP étaient triphasiques. Ces données cinétiques suggèrent qu`il existe deux types de rupture dans la symétrie dans le Phe-44 → TRP, ASP-155 → Ala GroEL mutant: un dans les anneaux et le second entre les anneaux. La rupture de la symétrie entre les anneaux se reflète dans le nombre irrégulier de transitions allostériques observées (c.-à-d. que les deux anneaux subissent un nombre différent de transitions allostériques) alors que la rupture de symétrie au sein des anneaux se reflète dans le fait que plus de deux des transitions allostériques sont observées. Les diagrammes de corrélation rotationnelle (figures 5 et 7) suggèrent que la rupture intra-annulaire induite par l`ATP dans la symétrie est due à la stabilisation des intermédiaires allostériques tels que t4r3. Les images moyennes de classe avec quatre sous-unités distinctes de type t et trois sous-unités distinctes de type r ne sont pas observées probablement en raison de changements conformationnels dans les sous-unités non liées, comme on pouvait s`y attendre dans le cas d`un mécanisme séquentiel. En d`autres termes, la mutation ASP-155 → Ala convertit le commutateur allostérique concerté de GroEL en une séquence séquentielle telle que T7 → t4r3 → R7, en accord avec les coefficients de Hill observés pour les deux transitions allostériques du premier cycle. Une rupture dans la symétrie intra-anneau dans la transition allostérique du deuxième anneau n`est pas observée, probablement en raison de la coopérativité positive beaucoup plus forte de cette transition (15). Pour surmonter cette limitation des méthodes de NMA à grain grossier tout en conservant les avantages des modèles de réseaux élastiques simplifiés, nous avons développé un nouveau modèle de NMA à grains grossiers, appelé Elastic Network contact Model (ENCoM).

ENCoM emploie une fonction potentielle basée sur le potentiel de quatre corps de STeM avec un ajout à prendre en considération la nature et l`orientation des chaînes latérales. Les contacts atomiques à chaîne latérale sont utilisés pour moduler le terme d`interaction à longue portée avec un facteur basé sur la surface en contact [48] et le type de chaque atome en contact. En outre, nous introduisons une version non spécifique d`ENCoM (ENCoMns) où toutes les interactions entre les types d`atomes sont les mêmes. Les ENCoM et les ENCoMns ont été validés par comparaison avec l`ANM, le GNM et le STeM en ce qui concerne la prédiction des facteurs cristallographiques b et des changements conformationnels, deux propriétés classiquement utilisées pour tester les méthodes ENM.

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