Domaines protéiques liés au calcium (Ca⁺⁺)
Main EF ou EF-hand

La main EF (EF hand) est un motif structural observé dans les protéines qui enserre un ion Ca⁺⁺.

Structure des mains EF

Main canonique

Une main EF " canonique " (29 résidus) est formée de deux hélices α liées à une boucle formée de 12 acides aminés.

Ce domaine protéique, formant une poche pentagonale bipyramidale, a une forme de main, d'où son nom, dans laquelle, métaphoriquement :

• 

  l'ion Ca⁺⁺ se situerait dans la paume,
• les deux hélices formeraient le pouce et l'index relevés.

Six des douze acides aminés impliqués dans la coordination avec l'ion calcium sont situés sur la boucle 1, 3, 5, 7, 9 et 12 (aussi nommés X, Y, Z, -Y, -X et -Z), dont les plus importants sont les 1, 3, 5, 12.

• Cinq résidus de la boucle, dont les chaînes latérales contiennent de l'oxygène (carboxylates, COOH, ou carbonyles, C=O), lient le calcium, et en particulier l'aspartate et le glutamate en position 12 qui est prépondérant (ligand bidentate ou bidenté, ellipse jaune sur la figure ci-contre). Ces résidus chargés négativement interagissent avec le Ca⁺⁺ chargé positivement.

La denticité (du latin dentis, dent, le ligand étant vu comme " mordant " l'atome central) est le nombre d'atomes d'un ligand (ou coordinat) pouvant se lier à un atome central, en général un métal, dans un complexe (Wikipedia).

• Le sixième résidu dans la boucle est nécessairement la glycine pour la conformation de l'ensemble.

Les résidus restants forment un noyau hydrophobe qui lie et stabilise les deux hélices α (Prediction of EF-Hand Calcium-Binding Proteins and Analysis of Bacterial EF-Hand Proteins 2004).

Certaines mutations sur les mains EF de la calmoduline, en particulier le remplacement de l'acide aspartique (D) par l'alanine en position 1, inhibent la liaison au calcium (Intra- and Interdomain Effects Due to Mutation of Calcium-binding Sites in Calmodulin 2010).

Pseudo-main

Une pseudo boucle EF-hand, à 14 résidus, retrouvés dans l'extrémité N-terminale des protéines S100 and S100-like, chélate l'ion Ca⁺⁺ principalement via les carbonyles du squelette (positions 1, 4, 6, 9).

Toutes les protéines S100 présentent les mêmes caractéristiques structurelles.

• La main EF C-terminale contient le motif canonique (12 résidus).
• La main EF N-terminale présente un architecture légèrement différente de 14 résidus (Natural and amyloid self-assembly of S100 proteins: structural basis of functional diversity 2010)

Les protéines S100 ont de nombreuses fonctions (Functions of S100 Proteins 2013).

Mains vestigiales

On trouve des mains vestigiales, i.e. qui ne possèdent pas les résidus acides essentiels pour la liaison au Ca⁺⁺, au niveau de (Conservation of Ca2+/Calmodulin Regulation across Na and Ca2+ channels 2014) :

• de l'extrémité C-terminale des Ca_v, dans les domaine preIQ ou PCI (proximal Ca⁺⁺-inactivation),
• de l'extrémité C-terminale des Na_v (Solution Structure of the NaV1.2 C-terminal EF-hand Domain 2009).

Elles permettent la liaison à la calmoduline (CaM) pour leur inactivation (CDI).

Fonctions des mains EF

Lors de la liaison au Ca⁺⁺, la main EF change de conformation pour induire des processus dans de nombreux effecteurs, pas moins de 66 sous-familles de protéines, telles que :

• la calmoduline (CaM),
• la troponine C (TnC) ,
• de nombreuses protéines du cytotosquelette comme l'α-actinine, ou des protéines de réticulation comme la spectrine, la fimbrine…
• les tampons Ca⁺⁺ comme la calréticuline et la calbindine D9k.

Généralement, les mains EF vont par deux et forment un domaine globulaire coordonnant l'action de 2 ions Ca⁺⁺, comme dans la plupart des CaBP (Calcium-binding proteins).

Toutefois, certains CaBP des bactéries et des eucaryotes n'en possède qu'une.