Mots clés |
Protéine-1 de découplage (UCP1), Transporteur mitochondrial, Nucléotide, Dynamique moléculaire, Adiabatic bias molecular dynamics, Acides gras, Thermogénèse |
Resumé |
Uncoupling Protein 1 (UCP1) est une protéine de la membrane interne des mitochondries responsable de la thermogénèse du tissu adipeux brun. En présence d'acides gras et en l'absence de nucléotide purique, elle permet le retour des protons de l'espace intermembranaire vers la matrice et détourne ainsi le cycle respiratoire de la cellule pour générer de la chaleur. Le travail réalisé durant ce doctorat s'est concentré sur la partie simulation d'un projet combinant simulations et expériences, et dont l'objectif est l'étude du transport d'UCP1 via ses interactions avec ses ligands. En l'absence de structure expérimentale d'UCP1, un processus itératif de modélisation par homologie a permis de construire des modèles structuraux à partir de structures cristallographiques d'AAC. Deux structures dans deux conformations, alternativement ouvertes sur le cytosol et la matrice, et appelées "C-state" et "M-state" ont été créées. La protéine a ensuite été étudiée en simulation de dynamique moléculaire dans différents environnements comme l'absence de ligand, la présence de différents nucléotides ou la présence d'acides gras. La conformation C-state d'UCP1 est stable en simulation et conserve ses principales caractéristiques structurales telles que la formation du réseau de ponts salins qui ferme le côté matriciel de la protéine. La conformation M-state ne converge pas vers la conformation C-state, mais possède une variabilité plus grande de sa structure. Les simulations d'UCP1 apo montrent la formation d'un pont salin au niveau de l'ouverture de la protéine sur le cytosole, entre les acides aminés R92 et E191 dont on sait qu'ils sont impliqués dans la régulation de l'inhibition d'UCP1 par le pH. Pour vérifier le rôle de ce pont salin dans le mécanisme de transport d'UCP1, nos collaborateurs ont réalisé des expériences de mutagénèse fonctionnelle sur les mutants R92E, E191R et R92E/E191R. L'inversion des charges R92E/E191R ne rétablit cependant pas le phénotype de la protéine sauvage. Des simulations du double-mutant R92E/E191R ont permis de montrer que la double mutation induit une réorganisation des ponts salins à l'intérieur du site de fixation des nucléotides. Les simulations en présence de GDP montrent que le ligand se lie à la conformation C-state au niveau du site commun des substrats de la famille des transporteurs mitochondriaux. Dans les simulations d'UCP1 M-state, le nucléotide se fixe à l'entrée de la cavité par des interactions non-spécifiques. Une analyse exhaustive des contacts entre le GDP et UCP1 en simulation a permis l'identification d'acides aminés potentiellement impliqués dans la fixation du GDP et dont il n'existe pas encore de données expérimentales comme Q85, N282 et N188. Les résultats de cette analyse sont en accord avec les nouvelles données expérimentales de nos collaborateurs qui montrent l'implication du résidu W281 dans l'inhibition d'UCP1 et ont permis de caractériser les interactions entre cet acide aminé et les nucléotides. Grâce à une étude des différences d'interaction avec UCP1 entre le GDP et l'UDP, quatre résidus, Q85, E191, N282 et W281, ont été repérés comme étant potentiellement responsables de la sélectivité d'UCP1 entre les nucléotides puriques et pyrimidiques. Les simulations d'UCP1 en présence d'acides gras n'ont pas montré d'interaction spécifique avec le site de fixation des nucléotides. Elles ont cependant révélé un site de fixation sur la partie matricielle de la protéine en accord avec les données expérimentales de mutagénèse fonctionnelle. Les acides aminés Y154 et R140 ont été identifiés comme potentiellement impliqués dans l'activation d'UCP1 par les acides gras. Enfin, des simulations Adiabatic Bias Molecular Dynamics de la transition conformationnelle d'UCP1 ont été réalisées et indiquent que la présence de nucléotide dans la cavité empêche le changement conformationnel. |