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Domaines protéiques
Répétitions : armadillo et HEAT repeat

Sommaire
définition

Dans une protéine, une répétition est un bloc de séquence peptidique reproduit plus d'une fois dans l'ensemble de la séquence de la protéine, à l'identique ou de manière très semblable.

Exemples de solénoïdes
Exemples de solénoïdes
(Figure : vetopsy.fr d'après Bubus12)

Les domaines protéiques en solénoïdes se présentent sous deux formes :

Les domaines armadillo (tatou ou ARM) et HEAT forment des solénoïdes linéaires, ou ouverts.

La répétition ARM a une origine phylogénétique commune avec la répétition HEAT.

Répétition armadillo

La répétition armadillo (ARM), appellé aussi répétition de tatou, traduction de armadillo en français, est le nom d'une séquence d'environ 40 résidus retrouvée dans de nombreuses protéines.

  • Elle a d'abord été trouvée dans un gène de la drosophile , i.e. Armadillo, l'homologue de la β-caténine.
  • Elle est contenue dans plus de 240 protéines différentes de fonctions cellulaires diverses, de la levure à l’homme.
Structure de la bêta-caténine
Structure de la β-caténine
(Figure : vetopsy.fr modifiée d'après Xing et coll)

Structure

La β-caténine, par exemple, contient 12 répétitions en tandem.

Domaine ARM
Domaine ARM
(Figure : vetopsy.fr d'après Striegl et coll)

1. Chaque répétition ARM se replie, en général, en un faisceau hélicoïdal compact tridimensionnel (3D) conservé composé de trois hélices α (H1, H2 et H3).

Les hélices H2-3 voisines sont regroupées dans une orientation antiparallèle (Three-Dimensional Structure of the Armadillo Repeat Region of β-Catenin 1997).

2. Le domaine ARM résultant a un sillon chargé positivement qui varie entre les différentes protéines et leur permet d’interagir avec les surfaces acides des partenaires d'interaction distincts qui s’enroulent autour d’eux.

a. La stabilité thermodynamique intrinsèque des répétitions individuelles et du domaine ARM qui en résulte est médiée par les interactions entre les résidus hydrophobes hautement conservés dans les séquences de répétitions.

Séquence d’un domaine ARM (plus de 170 protéines)
Séquence d’un domaine ARM (plus de 170 protéines)
(Figure : vetopsy.fr d'après Gul et coll)

b. La surface de liaison allongée qui en résulte et les propriétés biophysiques stables de ces répétitions font des domaines ARM d’excellents outils pour concevoir des échafaudages modulaires de liaison aux peptides (Structure-based optimization of designed Armadillo-repeat proteins 2012 et Designed Armadillo Repeat Proteins as General Peptide-Binding Scaffolds: Consensus Design and Computational Optimization of the Hydrophobic Core 2008).

Exemples d'interaction de ligands avec des protéines ARM (ARMC)
Exemples d'interaction de ligands avec des protéines ARM (ARMC)
(Figure : vetopsy.fr d'après Gul et coll)

3. Cependant la similitude de séquence entre les ARM est faible et leur hélice peuvent être plus ou moins longues, et même une peut être absente (loupe structure de la β-caténine).

Exemple de répétition ARM dans p115
Exemple de répétition ARM dans p115
(Figure : vetopsy.fr d'après Striegl et coll)

Fonctions et protéines à répétition armadillo

1. Les fonctions des protéines comprennent (Armadillo-repeat protein functions: questions for little creatures 2010) :

Dégradation de la β-caténine
Dégradation de la β-caténine
(Figure : vetopsy.fr d'après Roberts et coll)

2. Les protéines qui contiennent des répétitions ARM contiennent généralement plusieurs copies répétées en tandem, comme dans (Armadillo-repeat protein functions: questions for little creatures 2010) :

a. les caténines :

b. d'autres prortéines comme :

Répétition HEAT

Structure

La répétition ARM a une origine phylogénétique commune avec la répétition HEAT.

Le nom du domaine provient des quatre protéines dans lesquelles il a été trouvé : Huntingtine, facteur d’élongation 3, phosphatase 2A, TOR de la levure.

1. Les répétitions HEAT se composent de deux hélices (A et B), liées par une courte boucle.

Cependant, l’hélice A fortement courbée des répétitions HEAT correspond aux hélices 1 et 2 des répétitions ARM.

Exemple de répétition ARM dans p115
Exemple de répétition ARM dans p115
(Figure : vetopsy.fr d'après Striegl et coll)

2. Le domaine HEAT, comme le domaine ARM, contient un ensemble de résidus hydrophobes hautement conservés qui interviennent dans les interactions protéine-protéine.

L’un des motifs caractéristiques des répétitions HEAT est la présence de résidus d’aspartate (D) et d’arginine (R) conservés aux positions 19 et 25, respectivement.

3. Les répétitions HEAT varient davantage que les répétitions ARM , tant en longueur, en séquence d’acides aminés et en structure tridimensionnelles.

Séquences des trois classes de domaines HEAT et et des ARM
Séquences des trois classes de domaines HEAT et et des ARM
(Figure : vetopsy.fr d'après Andrade et coll)

Fonctions et protéines à répétition HEAT

1. La famille de répétitions HEAT est divisée en trois classes en fonction des similitudes et comprend les répétitions (Comparison of ARM and HEAT Protein Repeats 2001) :

  • Liaison SREBP/importine β
    Liaison SREBP/importine β
    (Figure : vetopsy.fr d'après Lee et coll)
    IMB,
  • AAA,
  • ADB.

2. Les protéines contenant HEAT qui comprennent des répétitions HEAT sont nombreuses et sont impliquées dans les processus comme (loupe liste) :

  • la modification et la dégradation des protéines, comme dans les RAC qui assemble le protéasome 26S, ou Vac14 qui sert de plate-forme à un complexe pour la régulation de PIKfyve, ou Vps15/p150, composant des complexes des PI3K de classe III,
  • le transport nucléo-cytoplasmique,
  • la régulation transcriptionnelle et traductionnelle,
  • la réparation de l’ADN,
  • la régulation chromosomique,
  • la régulation du cytosquelette,
  • la régulation de la prolifération cellulaire par TOR…

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