Les petites protéines appelées ferrédoxines jouent un rôle central dans les principales voies métaboliques, la série de réactions chimiques se produisant au sein d’une cellule.
Une équipe de chercheurs de Skoltech, MIPT, l’Institut de chimie bioorganique de l’Académie nationale des sciences du Bélarus (IBOCH NAS) et l’Institut de chimie biomédicale de RAS ont étudié les structures des ferrédoxines du bacille tuberculeux et leurs complexes avec des partenaires protéines. Les découvertes de l’équipe aideront à trouver des cibles pour de nouveaux médicaments antituberculeux. L’étude est sortie en Frontières des biosciences moléculaires.
Les ferrédoxines, qui contiennent un cluster fer-soufre, sont parmi les protéines les plus anciennes sur Terre. Ils sont responsables de la réduction du dioxyde de carbone, de la respiration et d’autres processus cellulaires liés au transfert d’électrons. Différentes compositions d’acides aminés et structures de clusters fer-soufre expliquent la grande diversité des ferrédoxines, qui remplissent diverses fonctions dans les cellules humaines et celles d’autres organismes.
Bien que les scientifiques aient découvert et décrit les gènes de nombreuses ferrédoxines, leurs partenaires protéiques – les molécules avec lesquelles ils interagissent – et les mécanismes d’interaction restent encore obscurs pour de nombreuses ferrédoxines.
En examinant Mycobacterium tuberculosis, qui possède cinq ferrédoxines codées dans son génome, les chercheurs ont remarqué que deux ferrédoxines 3Fe-4S sont situées à côté des gènes des cytochromes P450, des protéines impliquées dans d’importantes réactions intracellulaires et émergeant comme des cibles potentielles pour de nouveaux antituberculeux. drogues. Une telle proximité génétique pourrait indiquer une relation fonctionnelle entre les ferrédoxines et les cytochromes. Et de fait, pour fonctionner correctement, les cytochromes ont besoin d’électrons délivrés par des partenaires protéiques, les ferrédoxines.
Andrey Gilep, chercheur à IBOCH NAS, commente : « Nous avons étudié les propriétés de deux ferrédoxines tuberculeuses, Fdx et FdxE, et comment FdxE se lie au CYP143. »
Les chercheurs ont obtenu les structures de Fdx, CYP143, et de leur complexe, FdxE-CYP143, par cristallographie. Après avoir analysé les structures des ferrédoxines, ils ont identifié les éléments impliqués dans la liaison des partenaires protéiques et calculé le chemin de transfert des électrons.
Les gènes FdxE et CYP143 se sont avérés très proches (dans le même opéron) dans le génome de M. tuberculosis, ce qui suggère qu’ils fonctionnent en tandem. Pour confirmer l’hypothèse, les chercheurs ont analysé leurs interactions spécifiques en utilisant la méthode de résonance plasmonique de surface. Les résultats ont révélé une forte affinité de ces protéines, confirmant l’hypothèse.
Une étude plus approfondie des paramètres thermodynamiques a montré que les interactions électrostatiques et les liaisons hydrogène dominent l’interaction entre les partenaires.
Natalya Strushkevich, professeure adjointe à Skoltech Bio, explique : « Conscients que nous avions affaire à la paire mycobactérienne ferrédoxine-cytochrome, nous avons décidé d’obtenir la structure cristalline du complexe. La structure à haute résolution a montré comment les protéines interagissent entre elles. Nous avons découvert de nombreuses liaisons hydrogène et contacts électrostatiques qui confirment la thermodynamique de la formation du complexe protéique. Pour évaluer dans quelle mesure la liaison à la ferrédoxine affecte le cytochrome, nous avons également obtenu la structure du cytochrome seule et identifié les éléments protéiques affectés par l’interaction.
Les protéines doivent être cristallisées avant d’étudier la structure atomique. La cristallisation pouvant fortement affecter la molécule, les chercheurs ont dû confirmer leurs conclusions basées sur les cristaux dans des conditions plus typiques du fonctionnement des protéines.
L’équipe a effectué des expériences pour vérifier comment FdxE et CYP143 se lient dans une solution où les protéines existent dans leur état quasi natif en utilisant la méthode de diffusion des rayons X aux petits angles, qui a permis de capturer l’interaction entre les molécules. Ainsi, les chercheurs ont montré comment les ferrédoxines et les cytochromes P450 interagissent les uns avec les autres, en utilisant FdxE et CYP143 comme exemple.
Valentin Borshchevsky, directeur adjoint du Centre de recherche MIPT sur les mécanismes moléculaires du vieillissement et des maladies liées à l’âge, conclut : « Nos découvertes mettent en lumière les aspects structurels essentiels des interactions protéiques au sein de ces complexes pendant le transfert d’électrons. Cependant, ces systèmes sont encore à caractériser plus en détail. »
Plus d’information:
Andrei Gilep et al, Aperçus structurels de la diversité des ferrédoxines 3Fe – 4S chez M. tuberculosis mis en évidence par un premier complexe redox avec P450, Frontières des biosciences moléculaires (2023). DOI : 10.3389/fmolb.2022.1100032