Structures quaternaires et fonctions de la Hsp90, protéine de choc thermique de 90 kDa

Quaternary structures and functions of HSP, the 90-kilodalton heat shock protein

• Auteur / Autrice : Laura Moullintraffort
• Direction : Daniel Thomas, Cyrille Garnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions protéine-protéine

Biochimie -- Technique

Microscopie électronique en transmission

Protéines -- Repliement

Protéines de choc thermique

Résumé

La Hsp90 est une protéine chaperon qui intervient en conditions physiologiques à des étapes tardives du repliement protéique, selon un « cycle de chaperonnage » du dimère régulé par l'ATP et des protéines co-chaperons. La Hsp90, qui possède de nombreuses protéines clientes impliquées dans les processus d'oncogenèse, est devenue une cible pour le développement de traitement anti-cancéreux. La Hsp90 s'oligomérise in vitro sous l'influence de la température (oligomères stables) ou des cations divalents (oligomères en équilibre dynamique). Ces oligomères semblent être actifs en conditions de stress. Nous avons démontré que l'activité protectrice de la Hsp90 vis-à-vis d'une protéine cible labile, la tubuline, est ATP-indépendante. Ces travaux ont permis la mise au point d'un test d'activité chaperon permettant le criblage de nouveaux inhibiteurs. Nous avons ensuite caractérisé biochimiquement les stoechiométries d'association des oligomères et avons résolu la structure de l'hexamère de Hsp90 par cryo-microscopie électronique. Cette structure quaternaire en forme de nid pourrait accueillir des protéines cibles. P23, un co-chaperon inhibiteur de l'activité ATPase de la Hsp90, se lie principalement au niveau du dimère. Aha1, un activateur, possède une plus grande affinité pour les oligomères de Hsp90. Ceci suggère un rôle de ces structures quaternaires. Enfin, nous avons démontré qu'en conditions de stress thermique modéré, l'oligomérisation stable est prédominante, et que la présence de nucléotides permet le maintien des oligomères en équilibre dynamique. Cette régulation renforce le caractère fonctionnel des oligomères, qui seraient les espèces actives en tant que chaperon.

Hsp90 is a chaperone protein involved in late-stage protein folding under physiological conditions, according to a « chaperone cycle » of the dimer regulated by ATP and co-chaperone proteins. Hsp90 has many client proteins that are mainly involved in oncogenesis, thus making Hsp90 a target for the development of new anti-cancer drugs. Hsp90 self-oligomerizes in vitro under the influence of temperature (irreversible oligomers) or divalent cations (oligomers in a dynamic equilibrium). These oligomers are supposed to be active as chaperones under stress conditions. We demonstrated that the protective effect of Hsp90 towards a labile protein, tubulin, is ATP-independent. This finding allowed us to design a chaperone activity test for new Hsp90 inhibitors screening. We then characterized biochemically the stoichiometries of the oligomers association, and resolved the Hsp90 hexamer's structure by cryo-electron microscopy. This quaternary structure exhibits a nest-like shape that could bind a substrate protein. P23, a co-chaperone known as an Hsp90 ATPase inhibitor, binds mainly the Hsp90 dimer, whereas Aha1 an activator, has a greater affinity for the oligomeric species. This suggests a function of these quaternary structures. Finally, we demonstrated that under mild heat shock conditions, irreversible oligomers are predominating, and that nucleotide binding reverses the process, maintaining the oligomers in a dynamic equilibrium. This regulation strengthens the functionality of the Hsp90 oligomers, which would be the quaternary structures endowed with chaperone activity.