La chimie qui se cache derrière la transformation enzymatique des phosphates
L'hydrolyse de la liaison ester phosphate est une réaction chimique essentielle en biologie. Elle joue un rôle central dans le traitement des acides nucléiques, le stockage de l'énergie et les différentes voies de signalisation. La nature complexe de la réaction a malheureusement interdit jusqu’à présent la description complète des détails mécanistiques du clivage de l'ester de phosphate. Un débat intense agite par ailleurs la communauté scientifique sur les différents mécanismes de réaction possibles. Le projet PHOSPHOENZYMQMMM (Phosphate processing in enzymes: structure, dynamics and chemistry), financé par l'UE, a donc réalisé une analyse structurelle à grande échelle en s'appuyant sur les structures cristallographiques disponibles de la banque de données sur les protéines (APD, pour protein data bank). Cette analyse a permis d'identifier les résidus conservés d'arginine des hydrolases de la liaison NTP (pour nucléoside triphosphate). Dans ce contexte, les chercheurs ont montré que les résidus conservés d'arginine jouaient un rôle central dans le mécanisme de réaction des UTPases (uridine triphosphate hydrolases). Par détermination aux rayons X de la structure enzymatique, expériences de biochimie et modélisation informatique, les chercheurs ont exploré des enzymes mutantes et des enzymes de type sauvage et révélé le rôle essentiel des doigts d'arginine entrant en contact avec le troisième phosphate (le phosphate gamma de la liaison triphosphate) lors du mécanisme catalytique. Ce phénomène a été identifié pour la première fois sur la fonction catalytique de la pyrophosphatase. Au total, le consortium a étudié plusieurs enzymes catalytiques du groupement phosphate comme les dUTPases et les transcriptases inverses du VIH (RT, pour reverse transcriptase). Les chercheurs ont ainsi identifié un nouveau mécanisme de transfert de protons via une histidine conservée et démontré que la liaison de nouveaux inhibiteurs au niveau de ces sites alternatifs pourrait affecter l'activité RNase H de la reverse transcriptase du VIH (pour virus de l'immunodéficience humaine), essentielle à la réplication virale. Ces travaux, hormis leur aspect fondamental concernant le mécanisme de clivage de la liaison phosphore-oxygène, auront par conséquent des répercussions cliniques importantes. L'hydrolyse du phosphate étant catalysé par l'enzyme RT du VIH, la compréhension du mécanisme chimique responsable de cette activité enzymatique, permettra de lutter contre le problème émergent d'une résistance au traitement antirétroviral, grâce à la conception de nouvelles molécules ciblant d'autres sites de liaison de la reverse transcriptase.
Mots‑clés
Enzyme, hydrolyse de l'ester phosphate, PHOSPHOENZYMQMMM, dUTPase, HIV RT
