Enzymes
Groupe des hydrolases (EC 3)
GTPases : DSP (superfamille de la dynamine)
DSP et dynamine : différences dans les interactions

La dynamine ayant été étudiée de façon détaillée, tant du point de vue structurel que fonctionnel (modèles de fission et partenaires), ce chapitre traite des similitudes et des différences des interactions des autres DSP (Dynamin Superfamily Proteins) par rapport à cette GTPase.

Interactions des DSP

• Drp1 et OPA1 provoquent une constriction plus limitée.
• Que dire alors des DSP de fusion ou de tubulation membranaire ?

Mécanisme d'hydrolyse du GTP

1. Les analyses cristallographiques approfondies de constructions de GTPase-BSE (Bundle signaling élément) dans divers états nucléotidiques montrent que tous les membres partagent avec la dynamine un mécanisme d'hydrolyse du GTP qui provoque :

• 

  la dimérisation des domaines GTPase ( oligomérisation de la dynamine)
• le changement conformationnel du BSE, qui relie le domaine G à la tige ( dynamine et GPT ).

• AtDRP1A, Drp1 d'Arabidopsis thaliana (Purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Arabidopsis thaliana dynamin-related protein 1A GTPase-GED fusion protein 2012) ;
• Dnm1 (Functional Mapping of Human Dynamin-1-Like GTPase Domain Based on X-ray Structure Analyses 2013),
• MxA humaine (Transient Dimerization of Human MxA Promotes GTP Hydrolysis, Resulting in a Mechanical Power Stroke 2014) ;

2. Les analyses comparatives des interfaces d'interaction avec la tige suggèrent des principes d'assemblage similaires à la dynamine avec des géométries hélicoïdales différentes (hélices de diamètre accru dans le cas de Dnm1) adaptées à des fonctions cellulaires particulières, comme la tubulation de l'endosome ou la constriction mitochondriale.

Mécanisme interactif aux domaines PH et PRD de la dynamine

La dynamine a des caractéristiques uniques par rapport à tous les autres membres de sa famille dont les plus importantes sont la présence de son domaine PH et son domaine PRD.

L'absence de ces domaines nécessite un mécanisme alternatif pour le recrutement, l'association/interaction avec les membranes cibles et, potentiellement, la participation à la scission.

1. Drp1 (eucaryotes supérieurs)/Dnm1 (levure) ont, à la place d'un domaine PH, l'insert B et le recrutement membranaire doit être sous-traité par d'autres facteurs.

• Pour Drp1, c'est le cas de ces quatre récepteurs, i.e. MFF (Mitochondrial Fission Factor), Fis1 (mitochondial Fission1 protein), MiD49 et MID51 (Mitochondrial Dynamic protein), étudiés dans la la fission mitochondriale ( ciblage des sites de fission).
• Dnm1 est recruté par Fis1 et les adaptateurs Mdv1 et Caf4 (The Mitochondrial Fission Adaptors Caf4 and Mdv1 Are Not Functionally Equivalent 2012).

2. BDLP (Bactérial Dynamin-like Protein) possède une région hélicale HR1, appelée " neck " (cou), une autre HR2, " trunk " (tronc) et les TM correspondent au " paddle " hydrophobe (palette ou raquette).

Cette palette correspond au u domaine PH de la dynamine (Structure of a Bacterial Dynamin-like Protein Lipid Tube Provides a Mechanism For Assembly and Membrane Curving 2009 et Dynamin-Like Proteins Are Potentially Involved in Membrane Dynamics within Chloroplasts and Cyanobacteria 2018).

• La palette a un certain nombre de résidus hydrophobes qui sont nécessaires pour l'interaction de la membrane.
• Cette interaction permet la courbure membranaire.

3. Les mitofusines (mammifères), Fzo1 (champignons) qui interviennent dans la fusion des OMM, les atlastines, et certaines formes d'OPA1 et Mgm1 (mammifères/champignons), qui interviennent dans la fusion des IMM, sont ancrées à la membrane via des segments transmembranaires.

Mode d'action

L'auto-assemblage des polymères de dynamine hélicoïdaux, autour des matrices membranaires contenant du PI(4,5)P2 ou PIP2, stimule l'hydrolyse du GTP d'au moins 200 fois (dynamine et GTP).

DSP de fission

1. Les activités basales de la GTPase de Drp1 et de l'OPA1 soluble subissent également une forte stimulation lors de l'auto-assemblage hélicoïdal sur des liposomes contenant de la cardiolipine qui imitent les membranes mitochondriales.

2. En solution, de nombreux DSP " anciens ", comme les S-OPA1, peuvent former des oligomères hélicoïdaux d'ordre supérieur indépendants d'une matrice membranaire et/ou d'un nucléotide (OPA1 disease alleles causing dominant optic atrophy have defects in cardiolipin-stimulated GTP hydrolysis and membrane tubulation 2010).

DSP de fusion

1. Pour les DSP de fusion monomères (tels que BDLP, les mitofusines1/2 et les atlastines) qui ne se dimérisent qu'en présence de nucléotides, les activités GTPases basales et dépendant de l'assemblage ne peuvent pas être distinguées et impliquent obligatoirement la dimérisation du domaine G.

• Pour hGBP1 (human Guanylate Binding Protein 1), le taux d'hydrolyse GTP basal, qui est le plus élevé lors de l'assemblage de l'anneau et de l'empilement en solution, est considérablement diminué lors du désassemblage et de l'ancrage membranaire, effet opposé à la dynamine (hGBP1 Coordinates Chlamydia Restriction and Inflammasome Activation through Sequential GTP Hydrolysis 2020).
• BDLP, levures Vps1p et Dictyostelium Dym A forment de manière intéressante des structures de type anneau en solution, sous des états liés aux nucléotides différents.

2. BDLP (Bacterial Dynamin-Like Protein) ou les atlastines peuvent servir de modèle pour la fusion membranaire des OMM médiée par la mitofusine.

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