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Protéines de liaison au GTP
Domaine G

Sommaire
définition

Le domaine G est un domaine hautement conervé et commun aux protéines de liaison au GTP, appelées aussi protéines G, appartenant à la famille des " P-loop containing nucleotide hydrolases " (boucle P de liaison au phosphate) qui sont des GTPases.

Le domaine G est responsable de changements de conformation dépendant des nucléotides : il agit comme un commutateur moléculaire (switch) entre l'état désactivé lié au GDP (" off ") et l'état activé lié au GTP (" on "), par la réaction :

$\ce{GTP + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GDP + Pi}$

Le domaine G est de longueur variable suivant les GTPases :

Domaine G
Domaine G
(Figure : vetopsy.fr d'après Vetter et Ligeti)

Les protéines G (ou GNBP, guanine nucléotide-binding protein) sont impliquées dans la transmission de signaux intracellulaires ou entre le milieu extra et intracellulaire.

Les autres protéines liant l'ATP utilisent la liaison phosphoanhydride pour des réactions métaboliques ou des fonctions motrices nécessitant une énergie,

Structure du domaine G

Le domaine G comporte :

Nous décrivons le domaine G de la famille des Ras (Ras history The saga continues 2010) : ceux des autres familles sont peu différents (loupepour une revue, The Structure of the G Domain of the Ras Superfamily 2014).

Ce domaine G (165 acides aminés) se compose de 5 domaines qui sont impliqués dans la liaison avec la guanine et l'ion Mg++.

G1

G1 contient la P-loop ou boucle P (GxxxxGKS/T : 10-17) qui enserre le groupe phosphate dans une cavité : il correspond au motif A de Walker (aussi appelé Walker loop ou mononucleotide-binding domain).

Cette boucle est riche en résidus de glycine et est localisée entre le premier brin du feuillet β (β sheet) et la première hélice α.

  • Les atomes d'azote de la chaîne principale interagissent étroitement avec les phosphates chargés négativement.
  • La lysine (K), cruciale pour la liaison au nucléotide, interagit directement avec les oxygènes des phosphate β du GDP (et GTP) et du phosphate γ terminal du GTP.
  • Le groupe hydroxyle (-OH) de la sérine (S) ou la thréonine (T) contacte l'oxygène du phosphate β et l'ion Mg++.

G2

G2 comporte le Switch I (32-38) est un des interrupteurs, région qui change de conformation lors de l'échange GDP/GTP (région effectrice : core effector domain : 32-40).

  • G2 contient la Thr35 (dans H-Ras) qui se lie au γ phosphate terminal du GTP et au Mg++.
  • Cette thréonine jouerait un rôle dans l’orientation de la boucle qui porte le motif B de Walker (G3) et interviendrait dans la coordination de l’ion magnésium catalytique, mais également dans l’interaction avec les effecteurs.

Le motif G2 est très conservé pour une famille GTPase donnée, les RAS par exemple, mais pas entre les différentes familles comme les RGK.

Boucle P de G1
Boucle P (P-loop) de G1

G3

G3 (Switch II) contient le motif DxxG (57-60), qui correspond au motif B de Walker.

  • Asp57 (acide aspartique) se lierait à la guanine, mais pas forcément au magnésium catalytique, bien qu'il soit très proche.
  • Glu60 (acide glulutamique dans Switch II, résidues 59–67 chez H-Ras) activerait l'hydrolyse de GTP en GDP, via une liaison hydrogène avec l'oxygène du γ phosphate.

G3 est souvent impliqué dans les interactions effectrices en jouant un rôle dans l'échange des nucléotides par les GEF et la stimulation de l'hydrolyse du GTP par les GAP.

G4

4. G4 contient le motif N/TKxD (116-119)

bien

Ce motif est responsable de la spécificité des GTPases pour les nucléotides à base guanine.

GDP et GTP
GDP et GTP
(Figure : vetopsy.fr)

Ce motif apparaît dans une boucle à la fin d’un brin β hydrophobe (souvent le 6ème brin) et aussi impliqué dans la stabilisation de la base du nucléotide.

L'asparagine (N) et la lysine (K) conservée stabilisent le site de fixation du nucléotide en interagissant avec les acides aminés de la région G1.

G4 et une boucle de stabilisation intervient dans la dimérisation des domaines G, comme dans la dynamine.

G5

G5 (guanine cap ou coiffe de guanine), qui n’est pas présent chez toutes les GTPases, mais qui apparaît par exemple dans la dynamine ou Drp1, contient le motif SAK - S/CAK/L/T - (145-147), dans une boucle autour du 7ème brin β se liant à la guanine.

  • L'amine de l'acide aminé central interagit avec l'oxygène de la base de la guanine.
  • La chaîne latérale de la sérine stabilise l’aspartate et l’asparagine du motif G4 par une liaison hydrogène.

Les DSP (Dynamin Superfamily Protein) de fusion comme Mfn1/2 qui ne possèdent pas de de G5 présentent une affinité nettement inférieure pour le GTP.

L'insert de la famille Rho entre le brin β5 et l'hélice α4, absent dans les membres de cette famille, forme une courte hélice qui sort du reste du domaine G et ne change pas sa position lors de l'échange de nucléotides.

GTPase et changements conformationnels
GTPase et changements conformationnels
(Figure : vetopsy.fr)

Attachée à G5, une région hypervariable (HVR) ne faisant pas partie du domaine G (166-188/189 chez Ras) contient un linker et une région C-terminale de liaison membranaire.

En outre, l'extrémité N-terminale des protéines Arf peut être myristoylée.

Dimérisation du domaine G

L'homodimérisation du domaine G par la poche de liaison aux nucléotides est lié à une hydrolyse coopérative du GTP.

Les mécanismes catalytiques peuvent varier suivant les GTPases par rapport à celui de la famille des Ras.

bien

La dynamine peut servir d'exemple (loupechapitre spécial).