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IDP M2 BBP Oct. 2013 1 Le désordre intrinsèque dans les protéines T. Michon, INRA Bordeaux 05 57 12 23 91 Une spécificité moléculaire.

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1 IDP M2 BBP Oct Le désordre intrinsèque dans les protéines T. Michon, INRA Bordeaux Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus

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3 3 Primary structure 3D-Information

4 IDP M2 BBP Oct Cyclin Dependent Kinase 2 (CDK2)

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6 6 Désordre intrinsèque dans les protéines Les concepts ont la vie dure désordre  aucune fonction biologique ?

7 IDP M2 BBP Oct 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

8 IDP M2 BBP Oct Le désordre intrinsèque des protéines : une mode ? Une réalité biologique à suivre ….

9 IDP M2 BBP Oct Enrichissement des bases de données : Existe-t-il des caractéristiques spécifiques aux PID ?

10 IDP M2 BBP Oct Désordre et composition en acides aminés Order promoting Neutral Disorder promoting Radivojac et al. (2007). Biophys J 92(5): protéines 450 protéines

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12 IDP M2 BBP Oct (but cryptic helix)

13 IDP M2 BBP Oct eIF4E 4E-BP Oldfield, et al Biochemistry, 44, Des structures secondaires cryptées

14 IDP M2 BBP Oct 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): pKID (transcription factor CREB) CBP (activates CREB) Kinase Inducible activation Domain (pKID) of the transcription factor CREB

15 IDP M2 BBP Oct La prediction du désordre est-t-elle possible ?

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18 Le désordre en Biologie Désordre et Fonction IDP M2 BBP Oct La prédiction de désordre dans les génômes

19 IDP M2 BBP Oct enzymes, transporteurs spécificité = ordre 11 1 cytosquelette, division grandes fonctions cellulaires multicomposants = désordre 222 Hubs : interacteurs multiples Ends : interactions binaires Haynes et al. PLOS, 2006, 2, 890 ordre désordre

20 IDP M2 BBP Oct (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

21 IDP M2 BBP Oct (A) LEA proteins (LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT) protect against abiotic stress Disorderedchaperon (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

22 IDP M2 BBP Oct The GRAS family (10 subfamillies) GAI : [GA (GIBBERELLIC ACID)-INSENSITIVE] RGA : (REPRESSOR OF GAI) SCR : (SCARECROW). Roles in signal transduction controlling plant development.

23 The DELLA sub-family IDP M2 BBP Oct Repressors of GA-responsive genesRepressors of GA-responsive genes control fruit patterning,control fruit patterning, modulate JA signalling,modulate JA signalling, integrators of regulatory and environmental signals.integrators of regulatory and environmental signals. GA receptor Hélices cryptiques

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25 IDP M2 BBP Oct % residues

26 HIV1 Tat (RMN) 3 structures [Tat, Cdk9, cyclin T1] (X ray) prédiction Xue et al. (2011) Cell Mol Life Sci 26 IDP M2 BBP Oct [Tat, Cyclin T1,TAR RNA] (X ray)

27 IDP M2 BBP Oct Dernière minute : et FLS2 ? Du désordre ?

28 IDP M2 BBP Oct Les potyvirus voyagent léger !! Pour se reproduire identique à lui-même : Il recrute des facteurs de la plante ? Approche biochimique Protéines Hôte  virus Cycle viral

29 IDP M2 BBP Oct 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 VPg P1 HcPro P3PIPO6k1 CI 6k2 VPg Pro NIb RdRP CP5’3’ AAA

30 IDP M2 BBP Oct protéine Taille kDa Fonction (Symptomatologie) % désordre Pondr P1 52 autoprotéolyse 44 HcPro 55Protéase multiples 20 P3 45 (pathogénicité) 51 6K1 6?15 CI 77hélicase16 6K2 6 Encrage membranaire 28 VPg 25Multiples ?45 Pro 25protéase6.5 NIb 62polymérase9.8 CP 33capside40

31 IDP M2 BBP Oct plante résistante eIF4E fonctionnelle L’interaction VPg-eIF4E nécessaire à l’infection Le système VPg-eIF4E Charron, et al. (2008). Plant J 54(1):

32 IDP M2 BBP Oct Résistance et contournement Résistance et contournement Démonstration expérimentale PVY-piment, Charron et al. (2008). Plant J 54(1): susceptible cultivar eIF4E 2+ VPg L eIF4E 2+ eIF4E 22 mutation no infection resistant cultivar PVY-LYE80 PVY resistance overcoming VPg L Suceptible cultivar resistant cultivar infection eIF4E 22 eIF4E 2+ VPg L VPg S mutation PVY-SON41 VPg S VPg L eIF4E 2+ eIF4E 22 Plasticité ?

33 IDP M2 BBP Oct Mécanismes moléculaires impliqués Hypothèse minimale : la VPg mimerait la coiffe  recrutement de la machinerie de traduction cellulaire par le virus eIF4G eIF4E PABP A A A CAP PABP VPg VIRAL RNA A A A eIF4G eIF4E CAP

34 IDP M2 BBP Oct 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 ( 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

35 IDP M2 BBP Oct GST VPg E.coli Affinité glutathion GST VPg La VPg pour recruter d’autres protéines de la plantes (GST pull down ) anti VPg anti 4G anti 4E NI I gst gst-VPg anti VPg anti 4E anti 4G

36 IDP M2 BBP Oct 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

37 IDP M2 BBP Oct Viral proteins Plant proteins Plant proteins VPg a Hub protein ? Jiang & Laliberté, 2011 Current Opinion in Virology 1;

38 IDP M2 BBP Oct Désordre et composition en acides aminés

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40 IDP M2 BBP Oct Les VPg : des ID protéines ? Famillegenrevirus Taille VPg, kDa % désordre Pondr PotyviridaepotyvirusLMV2545 « Tombusviridae » sobemovirusRYMV1043 CalicivirideaLagovirusRHDV1562 Birnaviridae Aquabirnavi rus IPNV9458 PicornaviridaeEnterovirusPV2.590 ComoviridaeComovirusCPMV3100 LuteoviridaeEnamovirusPEMV325-60

41 IDP M2 BBP Oct Uversky, 2002; Protein Sci. 11: 739 Deux familles de protéines ID VPg (PVA) Totalement désordonnées Pré-Molten

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43 STOPPED FLOW DEVICE IDP M2 BBP Oct

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45 IDP M2 BBP Oct FLY CASTING

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47 le paradigme relation structure-fonction ? un domaine  un interacteur un domaine  un interacteur  VPg : un domaine plusieurs interacteurs (compaction de génôme ?) (compaction de génôme ?) domaine d’interaction  domaine ordonné domaine d’interaction  domaine ordonné  VPg : domaine désordonné (plasticité pluri-fonctionnelle ?) (plasticité pluri-fonctionnelle ?) spécificité de fonction  faible variabilité spécificité de fonction  faible variabilité  VPg : variabilité élevée (adaptation à l’hôte ?) (adaptation à l’hôte ?) 47 IDP M2 BBP Oct. 2013

48 48 Gradient robustness Disordered proteins Threshold robustness Globular proteins Protein functionality (Virus fitness) Mutations accumulation

49 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 ? 49 IDP M2 BBP Oct. 2013

50 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 Longhi Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques, UMR 6098, Marseille Kristiina Mäkinen, Kimmo Rantalainen University of Helsinki, Finland Vladimir N Uversky Dept of Biochemistry and Molecular Biology, Indiana University, Indianapolis Merci à :

51 IDP M2 BBP Oct GA GID1 DELLA F-box Ubiquitinylation Proteasome


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