Le désordre intrinsèque dans les protéines Une spécificité moléculaire des interactions plante-virus T. Michon, INRA Bordeaux michon@bordeaux.inra.fr 05 57 12 23 91 Les présentateurs doivent souvent transmettre des informations techniques à des auditeurs qui connaissent moins bien le sujet et le vocabulaire spécifique. Les informations peuvent être multiples ou complexes. Pour présenter des informations techniques efficacement, utilisez les conseils suivants de Dale Carnegie Training®.   Tenez compte du temps dont vous disposez et préparez la classification de vos informations. Délimitez votre sujet et découpez votre présentation en séquences claires. Suivez une progression logique et ne vous dispersez pas. Terminez la présentation par un résumé, un rappel des étapes clés ou une conclusion logique. Montrez l’intérêt que vous portez à votre assistance. Par exemple, utilisez toujours des données claires et pertinentes. Choisissez un niveau de détail et un vocabulaire adaptés à l'assistance. Utilisez des aides visuelles pour étayer vos points et étapes clés. Les auditeurs seront plus réceptifs si vous êtes à l'écoute de leurs besoins. IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

Primary structure 3D-Information IDP M2 BBP Oct. 2013

Cyclin Dependent Kinase 2 (CDK2) IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

Désordre intrinsèque dans les protéines ? Les concepts ont la vie dure désordre aucune fonction biologique IDP M2 BBP Oct. 2013

Le désordre intrinsèque : un choc culturel Difficile à concevoir : invisible pour l’œil du structuraliste 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 IDP M2 BBP Oct. 2013

Le désordre intrinsèque des protéines : une mode ? 2009-2013 Une réalité biologique à suivre …. IDP M2 BBP Oct. 2013

Enrichissement des bases de données : Existe-t-il des caractéristiques spécifiques aux PID ? IDP M2 BBP Oct. 2013

Désordre et composition en acides aminés Order promoting Neutral Disorder promoting Radivojac et al. (2007). Biophys J 92(5): 1439-1456. 152 protéines 450 protéines IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

(but cryptic helix) IDP M2 BBP Oct. 2013

Des structures secondaires cryptées 4E-BP eIF4E Oldfield, et al. 2005 Biochemistry, 44, 12454 IDP M2 BBP Oct. 2013

COUPLED BINDING AND FOLDING Kinase Inducible activation Domain (pKID) of the transcription factor CREB pKID (transcription factor CREB) Helix formation Phosphate hydrogen bonding Electrostatics CBP (activates CREB) Cryptic secondary structures Observed in the complex Predicted Wright, P. E. and H. J. Dyson (1999). J Mol Biol 293(2): 321-331. IDP M2 BBP Oct. 2013

La prediction du désordre est-t-elle possible ? IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

Le désordre en Biologie Désordre et Fonction La prédiction de désordre dans les génômes IDP M2 BBP Oct. 2013

1 2 ordre désordre enzymes, transporteurs spécificité = ordre cytosquelette, division grandes fonctions cellulaires multicomposants = désordre 2 enzymes, transporteurs spécificité = ordre 1 Hubs : interacteurs multiples Ends : interactions binaires ordre désordre IDP M2 BBP Oct. 2013 Haynes et al. PLOS, 2006, 2, 890

Un désordre polymorphe IDP M2 BBP Oct. 2013 (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 IDP M2 BBP Oct. 2013

(B) Transcription Factor TRD IDP in plants (A) LEA proteins (LATE EMBRYOGENESIS ABUNDANT) protect against abiotic stress Disordered chaperon (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 M2 BBP Oct. 2013

The GRAS family (10 subfamillies) GAI : [GA (GIBBERELLIC ACID)-INSENSITIVE] RGA : (REPRESSOR OF GAI) SCR : (SCARECROW). Roles in signal transduction controlling plant development. IDP M2 BBP Oct. 2013

The DELLA sub-family GA receptor Hélices cryptiques Repressors of GA-responsive genes control fruit patterning, modulate JA signalling, integrators of regulatory and environmental signals. GA receptor Hélices cryptiques IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

30% 20-30 residues IDP M2 BBP Oct. 2013

HIV1 Tat (RMN) prédiction [Tat, Cdk9, cyclin T1] Xue et al. (2011) Cell Mol Life Sci HIV1 Tat (RMN) 3 structures [Tat, Cdk9, cyclin T1] (X ray) [Tat, Cyclin T1,TAR RNA] (X ray) prédiction IDP M2 BBP Oct. 2013

Dernière minute : et FLS2 ? Du désordre ? IDP M2 BBP Oct. 2013

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 Pour commencer, faites ressortir l'intérêt du sujet pour l'assistance. Donnez une brève vue d'ensemble de la présentation. Tenez compte de l'intérêt de l'assistance pour le sujet ainsi que de leurs connaissances en la matière pour choisir votre vocabulaire, des exemples et des illustrations. Insistez sur l'importance du sujet pour capter l'attention des auditeurs. IDP M2 BBP Oct. 2013

Organisation génomique des potyvirus VPg P1 HcPro P3 PIPO 6k1 CI 6k2 Pro NIb RdRP CP 5’ 3’ AAA Chroboczek et al. (2010). in Flexible viruses : structural disorder within viral proteins. V. N. Uversky and S. Longhi, John Wiley and Sons. IDP M2 BBP Oct. 2013

protéine P1 HcPro P3 6K1 CI 6K2 VPg Pro NIb CP Taille kDa 52 44 55 Fonction (Symptomatologie) % désordre Pondr P1 52 autoprotéolyse 44 HcPro 55 Protéase multiples 20 P3 45 (pathogénicité) 51 6K1 6 ? 15 CI 77 hélicase 16 6K2 Encrage membranaire 28 VPg 25 Multiples ? Pro protéase 6.5 NIb 62 polymérase 9.8 CP 33 capside 40 IDP M2 BBP Oct. 2013

Le système VPg-eIF4E L’interaction VPg-eIF4E plante résistante nécessaire à l’infection plante résistante eIF4E fonctionnelle Charron, et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68. IDP M2 BBP Oct. 2013

resistance overcoming Résistance et contournement Démonstration expérimentale PVY-piment, Charron et al. (2008). Plant J 54(1): 56-68. eIF4E2+ PVY-LYE80 eIF4E2+ eIF4E22 mutation VPgL VPgL resistant cultivar infection Suceptible cultivar no infection PVY resistance overcoming infection VPgL eIF4E2+ eIF4E22 Plasticité ? eIF4E2+ VPgS eIF4E22 VPgS VPgL VPgS mutation PVY-SON41 susceptible cultivar resistant cultivar IDP M2 BBP Oct. 2013

Mécanismes moléculaires impliqués A A A CAP PABP eIF4G VPg VIRAL RNA A A A eIF4E PABP eIF4G CAP eIF4E Si vous avez plusieurs points, étapes ou idées-clé à traiter, utilisez plusieurs diapositives. Déterminez si l'assistance est censée comprendre un nouveau concept, apprendre une procédure ou approfondir un concept déjà connu. Choisissez l'explication appropriée pour étayer chacun des points traités. Vous pouvez accompagner votre présentation de données techniques supplémentaires sous formes de copies papier, disquettes, messages électroniques ou sites Internet. Développez chaque point de façon à communiquer avec l'assistance. Hypothèse minimale : la VPg mimerait la coiffe  recrutement de la machinerie de traduction cellulaire par le virus IDP M2 BBP Oct. 2013

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 (25-100 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 Déterminez quelle peut être la conclusion la plus appropriée à l'assistance et à votre présentation. Résumez la présentation, faites des propositions, recommandez une stratégie, proposez un plan ou définissez un objectif. Ne vous dispersez pas pendant la présentation pour atteindre votre objectif. IDP M2 BBP Oct. 2013

d’autres protéines de la plantes La VPg pour recruter d’autres protéines de la plantes (GST pull down) anti 4G anti 4E NI I anti VPg GST VPg E.coli Affinité glutathion GST VPg gst gst-VPg anti VPg anti 4E anti 4G IDP M2 BBP Oct. 2013 35

Analyse mécanistique des interactions VPg-eIF4E in vitro pep4G-eIF4E  pep4G eIF4E  eIF4E-coiffe coiffe  VPg eIF4E-VPg  VPg pep4G-eIF4E-VPg  pep4G Coiffe-eIF4E-VPg  coiffe Michon et al FEBS. J. 2006 IDP M2 BBP Oct. 2013

VPg a Hub protein ? Viral proteins Plant proteins IDP M2 BBP Oct. 2013 Jiang & Laliberté, 2011 Current Opinion in Virology 1; 5. 347 IDP M2 BBP Oct. 2013

Désordre et composition en acides aminés IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

Les VPg : des ID protéines ? Famille genre virus Taille VPg, kDa % désordre Pondr Potyviridae potyvirus LMV 25 45 « Tombusviridae » sobemovirus RYMV 10 43 Caliciviridea Lagovirus RHDV 15 62 Birnaviridae Aquabirnavi rus IPNV 94 58 Picornaviridae Enterovirus PV 2.5 90 Comoviridae Comovirus CPMV 3 100 Luteoviridae Enamovirus PEMV 25-60 IDP M2 BBP Oct. 2013

Deux familles de protéines ID VPg (PVA) Totalement désordonnées Pré-Molten Uversky, 2002; Protein Sci. 11: 739 IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

STOPPED FLOW DEVICE IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

FLY CASTING IDP M2 BBP Oct. 2013

IDP M2 BBP Oct. 2013

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

Protein functionality Threshold robustness Globular proteins Protein functionality (Virus fitness) Gradient robustness Disordered proteins Mutations accumulation IDP M2 BBP Oct. 2013

il existe une relation entre : 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 ? IDP M2 BBP Oct. 2013

Merci à : 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 IDP M2 BBP Oct. 2013

GA GID1 Ubiquitinylation F-box Proteasome DELLA IDP M2 BBP Oct. 2013