De courts motifs de boucles hydrophobes dans les domaines BRICHOS déterminent l'activité chaperon contre l'agrégation de protéines amorphes mais pas contre la formation d'amyloïde

Apr 28, 2024

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 497 (2023) Citer cet article

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Les chaperons moléculaires indépendants de l'ATP sont importants pour maintenir la condition physique cellulaire, mais les déterminants moléculaires permettant d'empêcher l'agrégation de substrats protéiques partiellement dépliés restent flous, en particulier en ce qui concerne l'état d'assemblage et les bases de la reconnaissance du substrat. Le domaine BRICHOS peut remplir des fonctions de chaperon de type petit choc thermique (sHSP) à des degrés très différents en fonction de son état et de sa séquence d'assemblage. Ici, nous avons observé trois motifs de séquence hydrophobes dans des domaines chaperons actifs et avons constaté qu'ils étaient exposés en surface lorsque le domaine BRICHOS s'assemblait en oligomères plus grands. Des études sur des variantes d'échange de boucles et des mutants spécifiques à un site ont en outre révélé que les hydrophobies biologiques des trois motifs courts sont en corrélation linéaire avec l'efficacité de la prévention de l'agrégation des protéines amorphes. Dans le même temps, ils ne sont pas du tout corrélés à la capacité d’empêcher la formation ordonnée de fibrilles amyloïdes. Les corrélations linéaires prédisent également avec précision les activités des chimères contenant de courts motifs de séquence hydrophobe provenant d'un sHSP sans rapport avec BRICHOS. Nos données indiquent que des motifs hydrophobes courts et exposés rassemblés par oligomérisation sont suffisants et nécessaires pour une activité chaperon efficace contre l'agrégation des protéines amorphes.

Les chaperons moléculaires jouent un rôle central dans la machinerie de protéostasie en aidant au repliement correct des polypeptides1,2. Parmi eux, les chaperons moléculaires indépendants de l'ATP, comme les petites protéines de choc thermique (sHSP), préviennent les conséquences toxiques de l'agrégation des protéines en se liant à des substrats non repliés ou mal repliés et en les maintenant dans un état soluble et compétent pour le repliement. Bri2 est une protéine transmembranaire de type II, exprimée de manière omniprésente, et son traitement protéolytique libère un domaine chaperon moléculaire : BRICHOS5,6. Il est intéressant de noter que d’autres chaperons moléculaires comme HSP60, HSP70 et HSP90 font partie de l’interactome Bri2 dans le cerveau et la rétine7,8. Le domaine Bri2 BRICHOS isolé module les voies d'agrégation de plusieurs substrats formant de l'amyloïde, évite la toxicité associée à l'amyloïde et empêche l'agrégation de protéines amorphes non fibrillaires, semblable aux chaperons moléculaires indépendants de l'ATP comme les cristallines ou la clusterine9,10,11,12, 13. La capacité du domaine Bri2 BRICHOS à interagir avec des substrats impliqués dans les troubles de l'agrégation des protéines comme la maladie d'Alzheimer14,15,16, le diabète de type II17 et la maladie de Parkinson18 souligne son importance potentielle pour la protéostasie cellulaire.

Le domaine BRICHOS a une taille d'environ 100 résidus d'acides aminés et existe sous forme de monomères ou de multimères allant des dimères aux grands oligomères polydispersés stabilisés par des interactions covalentes et non covalentes11,19,20. Les domaines humains Bri2 et Bri3, BRICHOS s'assemblent en grands oligomères d'environ 20 à 30 sous-unités, qui inhibent efficacement l'agrégation des protéines amorphes. En revanche, les monomères et dimères Bri2 BRICHOS, ainsi que le domaine BRICHOS de la protéine prosurfactante C (proSP-C), qui existe principalement sous forme de trimères, sont tous inactifs contre l'agrégation des protéines amorphes9,11,19,20. Les domaines BRICHOS de différentes familles ont de faibles identités de séquence par paire, mais les modèles d'homologie du monomère Bri2 BRICHOS basés sur la structure cristalline proSP-C BRICHOS montrent une feuille β centrale conservée à cinq brins qui est flanquée de deux hélices α reliées via un long boucle flexible (Fig. 1a, b)19,20,21,22. À ce jour, aucune structure expérimentale détaillée atomique n'est disponible pour le domaine Bri2 BRICHOS, probablement lié au fait que la sous-unité monomère est conformationnellement dynamique et que les oligomères plus gros sont polydispersés (voir plus loin).

une sous-unité unique de la structure cristalline des trimères wt proSP-C BRICHOS (numéro d'accès PDB : 2yad). La ligne pointillée indique la boucle manquante dans la structure cristalline et sa région centrale est marquée d'une ombre bleue. La séquence est étiquetée par incréments du bleu pour les résidus polaires au rouge pour les résidus hydrophobes. b Wt Bri2 BRICHOS modélisé par AlphaFold 2, où le noyau de la boucle est étiqueté comme en (a). c Séquences d'acides aminés des régions de boucle BRICHOS humaines (voir la Fig. 1 supplémentaire pour l'alignement) codées par couleur comme dans (a, b). Les domaines BRICHOS étudiés ici sont en gras, les motifs 1 à 3 sont encadrés et T206 est indiqué par une flèche. d Modèles schématiques de variantes d'échange de boucles et de boucles delta. e SEC des variantes d'oligomères BRICHOS (à gauche) et nombre estimé de sous-unités (à droite). Le nombre de sous-unités a été estimé à partir des maxima des pics SEC (indiqués par les lignes centrales et les chiffres au-dessus des cases) et les cases représentent leur pleine largeur à moitié maximum.