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    • Konrad Lorenz
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  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
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Domaines protéiques
Répétitions (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.

Vue d'ensemble

1. En général, ces répétitions contiennent de 30 à 40 résidus qui peuvent prendre une forme particulière, en particulier solénoïdale.

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

2. On peut trouver des répétitions plus courtes.

a. Certaines ont une structure désordonnée comme :

b. D'autres sont ordonnées comme :

Structure solénoïdale

Les domaines protéiques en solénoïdes se présentent sous deux formes :

  • les solénoïdes linéaires, ou ouverts, plus ou moins hélicoïdaux,
  • les solénoïdes circulaires, ou fermés.

Solénoïdes linéaires (ouverts)

définition

Un solénoïde ouvert (ou solénoïde α) est une structure protéique dont les répétitions N- et C-terminales n'entrent pas en interaction.

  • Ces solénoïdes sont en général en forme de fers à cheval ou de banane, plus ou moins linéaires suivant le nombre de répétitions.
  • Ce nombre varie entre 2 et plus de 50.
Répétitions pentapeptidiques
Répétitions pentapeptidiques
(Figure : vetopsy.fr d'après Bubus12)

Remarque : le terme solénoïde α est utilisé différemment selon les auteurs, c'est pourquoi nous utilisons le terme solénoïde ouvert (loupesolénoïde α).

On retrouve ces structures dans :

1. Les classes les plus abondantes de protéines comportant des répétitions contiennent :

2. Les résidus d'interaction protéine/protéine, dispersés sur les deux protéines, sont rarement spécifiques à la répétition.

Les extrémités N-terminale et C-terminale peuvent être allongées par de nouvelles répétitions ou raccourcies par l'élimination de certaines d'entre elles, sans que cela ait un impact significatif sur la stabilité de l'ensemble du domaine (Evolution of protein structures and functions 2002).

Solénoïdes circulaires (fermés)

définition

Un solénoïde fermé est une structure protéique dont les répétitions N- et C-terminales entrent en interaction.

  • Ces solénoïdes sont circulaires, en forme de roue.
  • Ce nombre varie entre 4 et 75.

Ces solénoïdes sont en règle générale des modules d'interaction protéine/protéine et le plus souvent, le site de liaison est situé sur l'axe du solénoïde.

β-propeller

1. Un β-propeller forme une structure par l'arrangement de quatre à huit feuillets β (β-sheet) en forme de lame autour d'un axe central selon une configuration toroïdale (Beta-propellers: Associated Functions and their Role in Human Diseases 2003).

Structure de Gαi1/β1γ2
Structure de Gαi1/β1γ2
(Figure : vetopsy.fr d'après Johnston et coll)

a. Chaque feuillet β est typiquement formé de quatre brins β antiparallèles tordus de telle sorte que les premier et dernier brins sont presque perpendiculaires l'un à l'autre.

  • On trouve des domaines avec 4 à 8 lames bêta, qui forment toutes généralement un tunnel central qui produit des axes pseudo-symétriques.
  • La structure à sept lames semble la plus favorable d'un point de vue géométrique (loupe tableau).

b. En général, le pore central interagit le plus souvent avec les régions peptidiques des principaux partenaires d’interaction.

2. On peut citer entre autres :

Structure des PROPPIN
Structure des PROPPIN
(Figure : vetopsy.fr d'après Baskaren et coll)

Tonneaux β (β barrel)

Le tonneau β (β barrel) est un feuillet β (β-sheet) composée de répétitions en tandem qui se tordent et s’enroulent pour former une structure toroïdale fermée dans laquelle le premier brin est lié au dernier brin (liaison hydrogène).

1. Les brins β (β-strand), dont le nombre peut varier de 8 à 22 et qui forment un feuillet β, sont reliés entre eux par :

2. Les brins β forment une sorte de cage.

  • Les résidus extérieurs non polaires (hydrophobes) se fixent solidement aux lipides membranaires.
  • Les résidus intérieurs servent de passage pour des molécules ou pour les protéger.

3. On retrouve ces tonneaux β dans de nombreuses protéines :

Domaine ORD de ORP3
Domaine ORD de ORP3
(Figure : vetopsy.fr d'après Tong et coll)

4. Les modes de repliement constituant les tonneaux β peuvent se classer en trois types (loupe wikipedia).

  • le mode de repliement dit en "  va-et-vient ", i.e. up-and-down en anglais, comme dans les protéines de liaison du rétinol,
  • le mode de repliement dit en " clé grecque ", i.e. greek key en anglais, comme dans les cristallines γ, protéines structurelles hydrosolubles du cristallin,
  • le mode de repliement dit en " gâteau roulé ", i.e. jelly roll ou parfois Swiss roll en anglais, comme dans les protéines de capsides de nombreux virus sphériques.

Remarque : un tonneau β particulier, le trèfle β (β trefoil fold), est une structure protéique composée par 12 brins β pliés en trois unités similaires β-β-β-boucle-β, ayant une structure en Y ou en forme de trèfle (Extracting function from a β-trefoil folding motif 2008).

a. Le pli global présente une pseudo-symétrie d'ordre 3 et se compose d’un tonneau à six brins coiffé d’un triplet triangulaire en épingle à cheveux (Multiple routes lead to the native state in the energy landscape of the β-trefoil family 2006).

Structure en trèfle β de l'interleukine 1β
Structure en trèfle β de l'interleukine 1β
(Figure : vetopsy.fr d'après Chavez et coll)

b. Les protéines qui se replient à cette structure sont connues pour se replier lentement, comme :

Supra-domaines de motifs répétés

Certaines protéines contiennent des répétitions de domaines " normaux " en tandem pour former une structure fixe à fonction spécifique, i.e. qui n'est pas portée par le domaine individuel (Supra-domains: Evolutionary Units Larger than Single Protein Domains 2004).

BRCT simple et en tandem
BRCT simple et en tandem
(Figure : vetopsy.fr d'après Sheng et coll)

1. On peut citer comme exemple le tandem de domaines BRCT (BRCA1 C Terminus) de 90 à 100 résidus :

  • de la protéine BRCA1 (breast cancer 1), qui joue un rôle dans la lipogenèse élevée, condition préalable à la croissance des cellules cancéreuses,
  • de MDC1 (mediator of DNA damage checkpoint protein 1).

2. Ces domaines en tandem, impliqués dans les réparations de l'ADN, sont séparés par une fissure (Functional evolution of BRcT Domains from Binding DnA to protein 2011).

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