I. Introduction
II. Structure CAP-cAMP
III. Interaction CAP-ADN
IV. Complexe CTD CAP-ADN-alpha
V. Références
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I. Introduction
La protéine représentée à gauche est la protéine activatrice des catabolites (CAP), également connue sous le nom de protéine réceptrice de l’AMP cyclique (AMPC) (CRP), un activateur transcriptionnel chez E. coli. CAP active la transcription d’une variété de gènes, dont de nombreux impliqués dans le métabolisme des sucres (par exemple, les gènes codant pour les protéines impliquées dans le métabolisme du lactose, du galactose et également de l’arabinose). CAP se lie en tant qu’homodimère à des séquences d’ADN spécifiques en amont de ces gènes, mais uniquement lorsque la protéine est en complexe avec l’AMPc. CAP active la transcription en mettant en contact l’ARN polymérase. Ainsi, par example, au niveau de l’opéron lac, il recrute l’ARN polymérase au promoteur en interagissant avec le domaine carboxy-terminal de la sous-unité alpha de l’ARN polymérase (alphaCTD). Cela augmente la fréquence d’initiation de la transcription.
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Chaque monomère est constitué d’un domaine amino-terminal responsable de la dimérisation ainsi que de la liaison à l’AMPc et d’un domaine carboxy-terminal qui se lie à l’ADN et interagit également avec l’alpha-CTD (voir ci-dessous). Ces domaines sont reliés par une courte séquence charnière.
La dimérisation est en grande partie due aux interactions hydrophobes entre les chaînes latérales d’acides aminés de la longue hélice alpha centrale dans le domaine N-terminal de chaque monomère, l’hélice C.
L’AMPc est lié dans une poche du domaine N-terminal de chaque monomère de CALOTTE. Cette poche est formée entre l’hélice C et un motif de rouleau bêta qui comprend des brins bêta 1 à 8.
De nombreuses interactions électrostatiques sont impliquées dans la liaison à l’AMPc, notamment:
- pont de sel entre la chaîne latérale de l’arginine82 et un phosphate d’oxygène de l’AMPc
- liaisons hydrogène entre les atomes de l’AMPc et les atomes de chaîne latérale du glutamate 72, de la sérine 83 et de la thréonine 127
- liaisons hydrogène entre les atomes de la chaîne principale (sérine 83) et de l’AMPc
- liaison hydrogène entre l’AMPc et une sérine 128, sur l’hélice C du monomère opposé.
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III. Interaction CAP-ADN
L’homodimère CAP (avec AMPc lié) lie une séquence de consensus d’ADN à 22 paires de bases avec un axe de symétrie double:
On peut voir que le CAPUCHON induit une courbure nette de ~ 90o dans l’ADN cible.
Le domaine C-terminal de chaque monomère de CAP contient un motif de liaison de l’ADN hélice-tour-hélice (H-T-H) présent dans la plupart des facteurs de transcription bactériens. Ce motif se retrouve, sous une forme modifiée (l’homéodomaine), dans certains facteurs de transcription eucaryotes également. Le motif H-T-H confère une spécificité de liaison à l’ADN. L’hélice de reconnaissance du motif est insérée dans le sillon principal de l’ADN, où des contacts spécifiques à la séquence de base sont disponibles.
En examinant un monomère et son demi-site d’ADN, de nombreux contacts protéine-ADN peuvent être identifiés, notamment:
- liaisons hydrogène entre les résidus d’hélice de reconnaissance (arg180, glu181 et arg185) et les bases tapissant le sillon principal de l’ADN
- liaisons hydrogène entre les résidus d’hélice de reconnaissance (ser179, thr182) et les phosphates oxygènes sur le squelette de par exemple val139, lys26)avec le squelette de l’ADN
Bon nombre des interactions CAP-ADN sont facilitées par la flexion de l’ADN en réponse à la liaison CAP.
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IV. Le complexe CTD CAP-ADN-alpha
Représenté à gauche est un monomère CAP (avec AMPc lié) complexé avec une séquence d’ADN représentant la moitié de la séquence de liaison consensus CAP plus le domaine carboxy-terminal de la sous-unité alpha de l’ARN polymérase (alphaCTD). Les domaines C-terminal et N-terminal de CAP sont indiqués.
L’activation de la transcription par CAP nécessite une région d’activation (AR1) dans le domaine C-terminal. AR1 est une boucle de neuf résidus (156-164). L’activation transcriptionnelle de CAP nécessite également le résidu C-terminal de CAP (arg209). AR1 et arg209 jouent tous deux un rôle clé dans l’interaction du CAP avec la polymérase (alphaCTD). Par exemple :
- La chaîne latérale du résidu AR1 thr158 forme deux liaisons hydrogène avec les résidus alphaCTD, l’une avec thr285, la seconde avec glu286. Le carbonyle dorsal de thr158 crée également deux liaisons hydrogène, l’une avec thr285 et l’autre avec val287.
- les interactions de van der Waals entre AR1 et alphaCTD contribuent à la liaison CAP-alphaCTD.
- Le carboxylate dorsal de l’arg209 C-terminal de CAP forme un pont de sel avec l’arg317 de l’alphaCTD. La chaîne latérale d’arg209 participe à une liaison hydrogène avec gly315 de l’alphaCTD.
alphaCTD se lie à une séquence d’ADN centrée sur 19 paires de bases à partir du centre du site de liaison de la COIFFE : 5′ – A A A A A G-3′. La liaison est obtenue par un contact étendu du squelette de l’ADN par des résidus alphaCTD et par des liaisons H médiées par l’eau entre les protéines et les bases de l’ADN. Par exemple :
- Asn268, gly296, lys298 et ser299 forment des liaisons H avec plusieurs oxygènes de phosphate d’ADN.
- Bien qu’aucun contact direct ne soit établi entre l’alphaCTD et les bases de l’ADN, des liaisons H médiées par l’eau relient arg265 à plusieurs bases du sillon mineur de l’ADN, dans lequel ce résidu pénètre (hydrogènes de l’eau non représentés).
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IV. Références
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