Protéine kinases
Histidine kinases (HK)

Une des classifications des PK est tributaire de l'acide aminé phosphorylé ( classifications utilisées) et comprend :

• Les sérine/thréonine kinases (EC 2.7.11),
• Les tyrosine kinases qui comportent :
  • les RTK (Receptor Tyrosine Kinases), récepteurs membranaires tyrosine kinase (EC 2.7.10.1),
  • les nRTK (non-Receptor Tyrosine Kinase) cytosoliques, même si certaines sont ancrées à la membrane cellulaire par modification post-traductionnelle N-terminale (EC 2.7.10.2) ;
• Les dual-specific kinases (DSK) sont à la fois des sérine/thréonine kinases et des tyrosine kinases (EC 2.7.12.1).
• Les histidine kinases retrouvées principalement chez les Procaryotes (EC 2.7.13.3).

Vue d'ensemble des histidine kinases

$\ce{ATP + [protéine]-L-histidine}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ADP + [protéine]-N-phospho-L-histidine}$

1. Les histidine kinases (HK), retrouvées principalement chez les Procaryotes, mais aussi chez les Eucaryotes, i.e. levures, champignons et plantes, n'ont pas été décrits chez les animaux ( histidine kinase 2012).

2. Les HK, comme les RTK (Rreceptor tyrosine kinases), sont des récepteurs cellulaires qui ont un rôle de transducteur de signal à travers la membrane plasmique et forment, le plus souvent, des homodimères avec des activités :

• 

  d'autokinase, i.e. autophosphorylation,
• de phosphotransférase, i.e. transfert de phosphate,
• de phosphatase

Structure des HK

Le structure des HK est quelque peu différente de celles des RTK, bien qu'elles comportent les mêmes domaines (Bacterial Two-Component Systems: Structures and Signaling Mechanisms 2012).

1. Le domaine extracellulaire se lie avec de nombreux capteurs, molécules de type hormone ou facteur de croissance.

2. Le domaine transmembranaire est formé de deux hélices (TM) qui traversent la membrane.

3. Le domaine intracytosolique comprend plusieurs domaines.

Le domaine HAMP (Histidine kinases, Adenylyl cyclases, Methyl-accepting chemotaxis proteins, Phosphatases), relie TM2 avec le reste du domaine intracytosolique.

Le domaine DHp (Dimerization and Histidine phosphorylation) suit le domaine HAMP et comprend :

• une boîte H, contenant l'histidine phosphorylable et les résidus environnants,
• une boîte X.

Le domaine CA (Catalytic and ATP-binding) comprend plusieurs boîtes, i.e. N, G1, F et G2 qui interviennent dans la liaison à l'ATP (Histidine protein kinases: key signal transducers outside the animal kingdom 2002).

Remarque : la combinaison de DHp et de CA est parfois appelée domaine kinase.

Le domaine récepteur RR apparenté (Response Regulator) C-terminal (REC) comprend un résidu d'aspartate phosphorylable dans la plupart des HK eucaryotes, contrairement à celles des procaryotes.

Transduction du signal par les HK

Par contre, le mécanisme de transduction, qui diffère des autres kinases, est appelé mécanisme de transduction du signal à deux composants (Structural Insight into Partner Specificity and Phosphoryl Transfer in Two-Component Signal Transduction 2009) et The Evolution of Two-Component Signal Transduction Systems 2012).

1. La HK transfère un groupe phosphate de l'ATP à un résidu histidine dans la kinase (autophosphorylation).

2. Puis, ce groupe phosphate est transféré vers un résidu aspartate d'un domaine récepteur, appelé RR apparenté (Response Regulator), qui peut se trouver sur une protéine différente, ou parfois sur la kinase elle-même.

3. Le changement allostérique qui s'ensuit active le domaine effecteur du RR, qui à son tour produit la réponse cellulaire du signal, généralement en stimulant (ou en réprimant) l'expression des gènes cibles.

Régulation du signal

Les histidine kinases sont régulées par plusieurs mécanismes.

1. Le plus souvent, les histidine kinases fonctionnent aussi comme des phosphatases, catalysant l'élimination du phosphate des résidus d'aspartate du RR, i.e. le signal du RR traduit l'équilibre entre l'activité kinase et phosphatase.

2. De nombreux RR peuvent aussi s'autodéphosphoryler

3. Le phosphoaspartate est relativement instable chimiquement et peut être hydrolysé de manière non enzymatique (Chemoproteomic Profiling of Phosphoaspartate Modifications in Prokaryotes 2018).

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