Les Méthionine Sulfoxyde Réductases de classe A : catalyse, spécificité structurale et relations structure-fonction
Résumé
Methionine Sulfoxide Reductases (Msr) play an essential role in cell defences against
oxidative stress and in virulence of pathogenic bacteria of Neisseria genius. There structurally-unrelated classes of Msrs, called MsrA and MsrB, specifie for the S and the R epimer of the sulfox ide function, respectively. Both Msrs present a similar catalytic mechanism, which implies the successive formation of a sulfenic acid intermediate and of an intra disulfide bond, finally reduced by thioredoxin (Trx). The studies of the MsrA domain from Neisseria meningitidis PilB protein demonstrated that: 1) the reductase step is fast and
rate-determining in the process leading to the formation of the intramolecular disulfide bond, the overall rate-limiting step being associated with the reduction of MsrA by Trx, 2) the substrate binds to the active site with its sulfoxide function largely polarized, via stabilizing interactions with invariant residues E94, Y82 and Y134, and participates via the -partial-lpositive charge borne by the sulfur of the sulfoxide to the activation of the catalytic Cys and : 3) C198 is the MsrA Cys engaged in the transient intermolecular disulfide bond formed with
Trx during MsrA recycling. The analysis of the enzymatic results coupled with the results of theoretical chemistry and the three-dimensional structures of reduced, complexed with substrate, sulfenic acid intermediate and disulfide bond oxidized forms of MsrA obtained by X-ray crystallography and NMR led us to propose an original scenario of the MsrA catalytic mechanism.
Les Méthionine Sulfoxyde Réductases (Msr) jouent un rôle essentiel dans la résistance des cellules à un stress oxydant et dans la virulence des bactéries pathogènes du genre Neisseria. Il existe deux classes de MsrA/B ayant des structures tridimensionnelles différentes et réduisant respectivement l'isomère S et R de la fonction sulfoxyde du substrat. Elles présentent un même mécanisme catalytique à trois étapes, avec formation d'un intermédiaire acide sulfénique suivie de celle d'un pont disulfure intramoléculaire réduit par la thiorédoxine
(Trx). Les études réalisées sur le domaine MsrA de la protéine PilB de Neisseria meningitidis ont permis de montrer que: 1) l'étape réductase est rapide et cinétiquement déterminante dans le processus conduisant à la formation du pont disulfure, l'étape cinétiquement limitante du mécanisme étant associée à la réduction de la MsrA par la Trx, 2) le substrat sulfoxyde est fixé dans le site actif sous une forme fortement polarisée, stabilisée via des interactions avec les résidus conservés E94, Y82 et Y134, et participe à l'activation de la Cys catalytique via la
charge -partielle- positive portée par le soufre de sa fonction sulfoxyde et; 3) la C198 est la Cys de la MsrA qui est engagée dans le pont disulfure intermoléculaire transitoire formé avec la Trx. L'analyse des résultats d'enzymologie, de chimie théorique et des structures tridimensionnelles de la MsrA sous forme libre, complexée avec le substrat, intermédiaire acide sulfénique et pont disulfure obtenues par RX et RMN a permis de proposer un scénario original du mécanisme catalytique de la MsrA.
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