Etude structurale de guanosine monophosphate kinases bactériennes

Structural study of bacterial guanosine monophosphate kinases

• Auteur / Autrice : Guillaume Hible
• Direction : Jacqueline Cherfils
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

GMP kinase

Oligomérisation

Cristallographie aux rayons X

Nucléoside monophosphate kinase

Résumé

Les guanosine monophosphate kinases (GMP kinases) catalysent le transfert de phosphate entre l'ATP et le GMP, afin de produire du GDP. Elles appartiennent à la famille des nucléosides monophosphate kinases. La GMP kinase d' Escherichia coli peut exister sous plusieurs formes oligomériques. L'étude cristallographique de la GMP kinase d'E. Coli seule et en complexe avec le GMP, le GDP ou l'analogue de nucléotide ganciclovir monophosphate a permis la détermination d'une des formes oligomériques de l'enzyme. Les structures résolues montrent que les mouvements de domaines nécessaires à la fonction sont possibles dans l'hexamère. Toutefois l'inaccessibilité du site de fixation de l'ATP, ainsi qu'une étude calorimétrique réalisée par nos collaborateurs, suggèrent que l'hexamère pourrait être une forme auto inhibée et le dimère la forme physiologique de l'enzyme. La GMP kinase monomérique de Mycobacterium tuberculosis est essentielle à la croissance et à la survie de la bactérie. Les structures de la protéine seule et des complexes avec le GMP ou le GDP ont été résolues. Le site de fixation du GMP présente des différences locales avec celui des GMP kinases des mammifères : l'environnement est moins contraint au niveau du ribose et le remplacement d'une tyrosine par la serine 99 abolit une interaction catalytique entre l'enzyme et le phosphate alpha du GMP. Ces différences, proposées comme étant à l'origine de la faible efficacité catalytique de la GMP kinase de M. Tuberculosis, pourraient être exploitées pour la recherche d'inhibiteurs spécifiques.

Guanosine monophosphate kinases (GMP kinases) belong to the nucleoside monophosphate kinases family and catalyze the phosphoryl transfer from ATP to (d)GMP, resulting in ADP and (d)GDP. Escherichia coli GMP kinase can be found in several oligomeric forms. The crystallographic analysis of this enzyme in its unliganded form or in complex with GMP, GDP or the pro-drug ganciclovir monophosphate allowed the determination of one oligomeric form. The solved structures demonstrate that the domain movements required for phosphoryl transfer can occur within the hexamer. However both the observation that ATP-binding site is occluded and a calorimetric study by our collaborators suggests that the hexamer could be an auto-inhibited form and that the dimer may be the physiological form of the enzyme. The monomeric GMP kinase of Mycobacterium tuberculosis is critical for growth and survival of the bacteria. Crystallographic structures of the protein, alone and in complex with GMP or GDP, were solved and revealed that the bacterial enzyme departs from mammalian enzymes with a less close-packed GMP-binding site in which the replacement of a critical tyrosine by a serine removes a catalytic interaction. These differences could explain the weak catalytic efficiency of M. Tuberculosis GMP kinase and should reveal valuable for the design of specific inhibitors.