Caractérisation biophysique du repliement dépendant du calcium des motifs RTX de la toxine adényl cyclase de Bordetella pertussis

Biophysical characterization of the calcium-induced folding of the RTX motifs from the Bordetella pertussis adenylate cyclase toxin

• Auteur / Autrice : Ana Cristina Sotomayor Perez
• Direction : Alexandre Chenal, Daniel Ladant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure, fonction et ingéniérie des protéinesChimie des surfaces et interfaces
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7 en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Faculté des sciences de Bizerte (Tunisie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structure tertiaire des protéines

Structure secondaire des protéines

Pliage des protéines

Protéines Escherichia coli

Toxine d'adénylate cyclase

Calcium

Bordetella pertussis

Résumé

Les motifs RTX (Repeat in ToXin) sont des séquences répétées caractéristiques d'une large famille de toxines bactériennes. La liaison du calcium aux motifs RTX induit la formation d'un type particulier de structure, appelée «β-roll ». La toxine adénylcyclase (CyaA) produite par Bordetella pertussis, l'agent de la coqueluche, est une des toxines RTX la mieux caractérisée. CyaA possède une partie C-terminale impliquée dans la liaison au récepteur cellulaire eucaryote (domaine R). R est constitué d'une quarantaine de motifs RTX organisés en cinq régions consécutives, appelées blocs I à V, séparées par des régions flanquantes non-RTX. Il a été précédemment montré que le bloc V avec ses régions flanquantes N- et C- terminales constitue un domaine autonome nécessaire pour la toxicité de CyaA. Lors de ces rencontres doctorales, nous présentons une étude biophysique qui a pour objectif d'identifier et de caractériser la contribution des régions flanquantes au processus de repliement du bloc V. Nos résultats indiquent que les motifs RTX, en absence de calcium, présentent les caractéristiques des protéines intrinsèquement désordonnées. Nous montrons que la région flanquante C-terminale est essentielle au repliement dépendant du calcium du bloc V. Par contre, la région N-terminale n'est pas nécessaire. Enfin, les structures secondaire et tertiaire se forment simultanément lors de la liaison coopérative de plusieurs ions calcium. Ce résultat suggère que le repliement du blocV est un processus à deux états: un état désordonné en absence du calcium tandis que la liaison du calcium aboutit à un état structuré et compact. Ces résultats ont un impact direct pour la sécrétion de la toxine

Repeat in ToXin (RTX) motifs are nonapeptide sequences found among numerous virulence factors of Gram-negative bacteria. In the presence of calcium, these RTX motifs are able to fold into an idiosyncratic structure called the parallel β-roll. The adenylate cyclase toxin (CyaA) produced by Bordetella pertussis, the causative agent of whooping cough, is one of the best-characterized RTX cytolysins. CyaA contains a C-terminal receptor domain (RD) that mediates toxin binding to the eukaryotic cell receptor. RD is composed of about 40 RTX motifs organized in 5 successive blocks (called I to V). The RTX blocks are separated by non-RTX flanking regions of variable lengths. It has been shown that the block V with its N- and C-terminal flanking regions, constitutes an autonomous domain required for the toxicity of CyaA. Here, we investigated the calcium-induced biophysical changes of this domain to identify the respective contributions of the flanking regions to the folding process of the RTX motifs. We showed that the RTX polypeptides, in the absence of calcium, exhibited the hallmarks of intrinsically disordered proteins and that the C-terminal flanking region was critical for the calcium-dependent folding of the RTX polypeptides, while the N-terminal flanking region was not involved. Furthermore, the secondary and tertiary structures were acquired concomitantly upon cooperative binding of several calcium ions. This suggests that the RTX polypeptide folding is a two state reaction, from a calcium-free unfolded state to a folded and compact conformation in which the calcium-bound RTX motifs adopt a P-roll structure. These results have direct impact in the toxin secretion.