Structure et mécanisme de régulation des uridine monophosphate kinases bactériennes

Structure and regulatory mechanisms of bacterial uridine monophosphate kinases

• Auteur / Autrice : Cécile Evrin
• Direction : Anne-Marie Gilles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure, fonction et ingéniérie des protéines
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Activation enzymatique

Bactéries à Gram positif

Bactéries à Gram négatif

Nucleoside phosphate kinase

Mutagenèse dirigée

Uridine monophosphate

Résumé

Les ump kinases bacteriennes constituent une classe particuliere des nucleoside monophosphate kinases. Elles ne montrent aucune homologie de sequences et de structure avec celles-ci mais s'apparentent aux proteines de la famille des carbamate kinases. Leur forme active est hexamerique et regulee par l'utp et le gtp. Leur localisation intracellulaire peripherique inhabituelle suggere d'autres fonctions biologiques. Les etudes cinetiques de ces enzymes ont montre des differences notables de regulation par les nucleotides entre les ump kinases des organismes de bacteries a gram-positif et celles des organismes a gram-negatif. Les premieres montrent une dependance cooperative de l'activite en fonction de la concentration d'atp. Les effecteurs se lient au meme site, le site allosterique, et agissent sur l'affinite pour l'atp independamment de la presence de magnesium. Au contraire, aucune cooperativite pour les substrats n'est observee pour les ump kinases de bacteries a gram-negatif ; cependant l'ump en exces est inhibiteur. Les effecteurs se lient sur deux sites differents, le site allosterique pour le gtp dont le role est principalement de lever l'inhibition par exces de substrat alors que le site utp chevauche le site actif. L'utp, inhibiteur uniquement sous forme non complexee au magnesium, diminue les affinites pour l'ump et pour l'atp selon un mecanisme que nous nous proposons d'appeler inhibition competitive cooperative. Plusieurs structures 3d d'ump kinases bacteriennes ont ete resolues ces deux dernieres annees et ont mis en evidence les acides amines impliques dans la catalyse, l'oligomerisation et la communication entre les sous-unites de l'hexamere.

Bacterial ump kinases are a particular class of nucleoside monophosphate kinases and show similarities to proteins of carbamate kinases family. They are hexameric and subject to a complex regulation by gtp and utp. They are localized near the membranes suggesting another biological function. Kinetics studies showed significant differences in the activity regulation by nucleotides between enzymes from gram-negative and gram-positive bacteria. Atp binding is cooperative for ump kinases from gram-positive bacteria. Both effectors bind to the same allosteric site and act independently of magnesium. They show opposite effects, le. Decrease of atp affinity for utp and increase of atp affinity for gtp. Dependence of activity of ump kinases from gram-negative bacteria is hyperbolic in function of atp and exhibits a biphasic behaviour in function of ump where ump in excess is strongly inhibitory. Gtp and utp have two distinct binding sites. Gtp reverses inhibition by excess of ump with only slight changes in substrate affinities for enzymes from gram-negative bacteria. Utp acts only in mg-free form by increasing the km for both substrate and its binding site overlaps the active site of ump kinases from gram-negative bacteria via a mechanism named competitive and cooperative inhibition. Despite the diversity in responses to nucleotides as substrates or effectors, ump kinases from gram-negative and gram-positive bacteria share overall fold and quaternary structure as shown by the three-dimensional structures resolved during the last two years. In addition, these studies pointed at amino agios responsible for catalysis, oligomerization or cross-talk between subunits of the hexamer.