Études structurales de la protéine PerR (Peroxide resistance regulator) : une métalloprotéine senseur de H2O2

Structural studies of the PerP protein (Peroxide resistance Regulator) : a metalloprotein sensor of H2O2

• Auteur / Autrice : Daouda Traore
• Direction : Jean-Marc Latour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Biologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métalloprotéines

Stress oxydatif

Résumé

Les systèmes de défense bactériens face à un stress oxydant reposent essentiellement sur l’expression d’enzymes capables de dégrader les espèces réactives de l’oxygène telles que le peroxyde d’hydrogène, le radical anion superoxyde et le radical hydroxyle. La protéine PerR a été identifiée chez Bacillus subtilis comme senseur de H2O2 appartenant à la famille des métallo-régulateurs Fur. La protéine PerR est un homodimère contenant deux sites métalliques par sous unité : un site à zinc structural et un site de régulation pouvant coordiner un ion Fe2+ ou Mn2+. La protéine PerR se fixe à l’ADN en présence de ses deux métaux pour réprimer la transcription de certains gènes. Contrairement à d’autres senseurs du peroxyde d’hydrogène comme la protéine OxyR chez Escherichia coli et le complexe Orp1-Yap1 chez Saccharomyces cerevisiaie, la caractérisation structurale et biochimique de la protéine PerR n’était pas aussi avancée. Les travaux présentés dans ce manuscrit rapportent les études structurales menées sur la protéine PerR par cristallographie aux rayons X et par spectroscopie d’absorption des rayons X (SAX). Les différentes structures résolues au cours de ce travail (l’apoprotéine, les formes active et inactive de la protéine) permettent de mieux caractériser la protéine PerR. Le mode de fixation à l’ADN de la protéine PerR est également discuté. De façon intéressante, tandis que les protéines OxyR et Orp1-Yap1 utilisent des résidus cystéine pour détecter le peroxyde, le mécanisme d’activation de PerR fait intervenir un résidu histidine qui est oxydé en 2-oxo-histidine. Cette oxydation est catalysée par le métal de régulation (Fe2+). Les quatre cystéines de la protéine coordinent l’ion zinc et ne participent pas à la détection du peroxyde. La structure de la forme oxydée de la protéine est également présentée : cette structure met en évidence, pour la première fois dans la PDB, une 2-oxo-histidine dans une structure cristallographique.

Bacterial defense mechanisms towards oxidative stress are mainly based on expression of enzymes able to eleminate the reactive oxygen species such as superoxide anion, hydrogen peroxide and hydroxyl radical. The PerR protein, which belongs to the Fur family, was identified as a sensor of the hydrogen peroxide in Bacillus subtilis. PerR is a dimeric zinc protein with a regulatory metal binding site that coordinates either Fe2+ or Mn2+. Unlike other peroxide sensors such as OxyR from Escherichia coli and Orp1-Yap1 from Saccharomyces cerevisiaie, either the structural or the biochemical characterization of PerR was not as complete. The present work reports the structural studies of the PerR protein by X-ray crystallography and X-ray absorption spectroscopy (XAS). The resolved structures (the apoprotein, metal bound and the inactivated forms) further characterize the PerR protein. The DNA binding mode of PerR is also discussed in the manuscript. Interestingly, while most of the peroxide sensors use redox-active cysteines to detect H2O2, the reaction of PerR with H2O2 involve two histidine residues. The oxidation of PerR is catalyzed by the regulatory metal (Fe2+) and leads to the formation of a 2-oxo-histidine residue. The four cystein residues of the protein that are involved in the coordination of the zinc ion do not participate to the hydrogen peroxide detection. The crystal structure of the oxidized protein showing a 2-oxo-histidine residue is the first example of a 2-oxo-histidine containing structure reported in the PDB.