Etude biochimique d'un cytochrome P450 de cerveau humain (le CYP2U1)

Parmi les 57 cytochromes P450 identifiés lors du séquençage complet du génome humain, on en dénombre environ 15 dont on ne connaît pratiquement rien de leurs rôles physiologiques, de leurs substrats, et de leurs structures, d où le nom de P450 orphelins . Le CYP2U1 est l un des cytochromes P450 les plus fortement exprimé au niveau du cerveau et du cervelet mais c est aussi l un des plus conservé parmi les différentes espèces du règne animal. Ce travail de thèse a tout d abord consisté à optimiser les conditions d expression du CYP2U1 sous une forme active. Un premier système d expression dans la levure Saccharomyces Cerevisiae a permis une production d un complexe CYP2U1-P450 réductase catalytiquement actif permettant des études de recherche de substrat. Un second système d expression dans Escherichia Coli devrait permettre d obtenir de plus grandes quantités d enzyme soluble destinée à des études structurales. Dans un second temps, une recherche de substrats a été effectuée à l aide d analyse d incubats par chromatographie liquide couplée à une détection par spectrométrie de masse. A ce jour, un screening dirigé de plus de soixante-dix molécules, substrats de P450s de la famille 2, a permis d identifier les premiers substrats exogènes du CYP2U1, les analogues de terfénadone et la débrisoquine. D autre part, une étude par modélisation moléculaire de la structure du CYP2U1 a été effectuée. Cette étude montre que le CYP2U1 diffère de tous les autres P450s par la présence d un insert très spécifique dans son domaine N-terminal. Des modèles par homologie basés sur les structures cristallographiques des P450s de la famille 2 ont été construits. Ces modèles ont été validés par dynamique moléculaire et ont permis de proposer un mode d interaction avec la membrane, d identifier la position des canaux d accès ainsi que de déterminer la topologie du site actif. Enfin, un docking des premiers substrats exogènes au sein du site actif du CYP2U1 a permis de confirmer la régioselectivité des hydroxylations catalysées par le CYP2U1.Among the 57 human cytochrome P450 genes that have been identified; substrates, structure and physiologic role of 15 of them is practically unknown. They are called orphan. One of them, CYP2U1 is one of the most expressed cytochrome P450 in the brain and in the cerebellum but also one of the most conserved isoform in the all animal kingdom. This manuscript first describes the optimization of the heterologous expression of an active form of CYP2U1. Expression in a eukaryotic host, yeast Saccharomyces Cerevisiae first allows the production of a catalytic active CYP2U1-P450 reductase complex needed for substrate screening. Another expression system in a prokaryote host Escherichia Coli will allow higher production rate of a truncated and soluble form of the protein which will permit structural studies. Then a directed substrate screening was performed with the liquid chromatography mass spectrometry analysis of CYP2U1 incubations. To date, 70 molecules, CYP2 family substrates, were tested that allow the identification of the two first exogenous CYP2U1 substrates: débrisoquine and terfenadone analogs. A structural study was achieved using a homology tridimensional model of the enzyme. We have found that CYP2U1 is longer than the other human CYPs, with an N-terminal 20 amino acids insertion, located after the helical membrane spanning domain. Structural models were built using six crystallized human CYP2s as templates. Molecular dynamics experiments in membrane suggested a specific interaction with the membrane. The active site topology and the access channels were also determined and a docking of the two first exogenous CYP2U1 substrates was performed in order to confirm the regioselective hydroxylation activities observed in vitro.PARIS5-Bibliotheque electronique (751069902) / SudocPARIS-BIUM-Bib. électronique (751069903) / SudocSudocFranceF

Structural and functional analysis of SGT1–HSP90 core complex required for innate immunity in plants

SGT1 (Suppressor of G2 allele of skp1), a co-chaperone of HSP90 (Heat-shock protein 90), is required for innate immunity in plants and animals. Unveiling the cross talks between SGT1 and other co-chaperones such as p23, AHA1 (Activator of HSP90 ATPase 1) or RAR1 (Required for Mla12 resistance) is an important step towards understanding the HSP90 machinery. Nuclear magnetic resonance spectroscopy and mutational analyses of HSP90 revealed the nature of its binding with the CS domain of SGT1. Although CS is structurally similar to p23, these domains were found to non-competitively bind to various regions of HSP90; yet, unexpectedly, full-length SGT1 could displace p23 from HSP90. RAR1 partly shares the same binding site with HSP90 as the CS domain, whereas AHA1 does not. This analysis allowed us to build a structural model of the HSP90–SGT1 complex and to obtain a compensatory mutant pair between both partners that is able to restore virus resistance in vivo through Rx (Resistance to potato virus X) immune sensor stabilization

Biochemical cytochrome P450 human brain : the CYP2U1

Parmi les 57 cytochromes P450 identifiés lors du séquençage complet du génome humain, on en dénombre environ 15 dont on ne connaît pratiquement rien de leurs rôles physiologiques, de leurs substrats, et de leurs structures, d’où le nom de «P450 orphelins». Le CYP2U1 est l’un des cytochromes P450 les plus fortement exprimé au niveau du cerveau et du cervelet mais c’est aussi l’un des plus conservé parmi les différentes espèces du règne animal. Ce travail de thèse a tout d’abord consisté à optimiser les conditions d’expression du CYP2U1 sous une forme active. Un premier système d’expression dans la levure Saccharomyces Cerevisiae a permis une production d’un complexe CYP2U1-P450 réductase catalytiquement actif permettant des études de recherche de substrat. Un second système d’expression dans Escherichia Coli devrait permettre d’obtenir de plus grandes quantités d’enzyme soluble destinée à des études structurales. Dans un second temps, une recherche de substrats a été effectuée à l’aide d’analyse d’incubats par chromatographie liquide couplée à une détection par spectrométrie de masse. A ce jour, un screening dirigé de plus de soixante-dix molécules, substrats de P450s de la famille 2, a permis d’identifier les premiers substrats exogènes du CYP2U1, les analogues de terfénadone et la débrisoquine. D’autre part, une étude par modélisation moléculaire de la structure du CYP2U1 a été effectuée. Cette étude montre que le CYP2U1 diffère de tous les autres P450s par la présence d’un insert très spécifique dans son domaine N-terminal. Des modèles par homologie basés sur les structures cristallographiques des P450s de la famille 2 ont été construits. Ces modèles ont été validés par dynamique moléculaire et ont permis de proposer un mode d’interaction avec la membrane, d’identifier la position des canaux d’accès ainsi que de déterminer la topologie du site actif. Enfin, un docking des premiers substrats exogènes au sein du site actif du CYP2U1 a permis de confirmer la régioselectivité des hydroxylations catalysées par le CYP2U1.Among the 57 human cytochrome P450 genes that have been identified; substrates, structure and physiologic role of 15 of them is practically unknown. They are called orphan. One of them, CYP2U1 is one of the most expressed cytochrome P450 in the brain and in the cerebellum but also one of the most conserved isoform in the all animal kingdom. This manuscript first describes the optimization of the heterologous expression of an active form of CYP2U1. Expression in a eukaryotic host, yeast Saccharomyces Cerevisiae first allows the production of a catalytic active CYP2U1-P450 reductase complex needed for substrate screening. Another expression system in a prokaryote host Escherichia Coli will allow higher production rate of a truncated and soluble form of the protein which will permit structural studies. Then a directed substrate screening was performed with the liquid chromatography – mass spectrometry analysis of CYP2U1 incubations. To date, 70 molecules, CYP2 family substrates, were tested that allow the identification of the two first exogenous CYP2U1 substrates: débrisoquine and terfenadone analogs. A structural study was achieved using a homology tridimensional model of the enzyme. We have found that CYP2U1 is longer than the other human CYPs, with an N-terminal 20 amino acids insertion, located after the helical membrane spanning domain. Structural models were built using six crystallized human CYP2s as templates. Molecular dynamics experiments in membrane suggested a specific interaction with the membrane. The active site topology and the access channels were also determined and a docking of the two first exogenous CYP2U1 substrates was performed in order to confirm the regioselective hydroxylation activities observed in vitro

Etude biochimique d’un cytochrome P450 de cerveau humain : le CYP2U1

Among the 57 human cytochrome P450 genes that have been identified; substrates, structure and physiologic role of 15 of them is practically unknown. They are called orphan. One of them, CYP2U1 is one of the most expressed cytochrome P450 in the brain and in the cerebellum but also one of the most conserved isoform in the all animal kingdom. This manuscript first describes the optimization of the heterologous expression of an active form of CYP2U1. Expression in a eukaryotic host, yeast Saccharomyces Cerevisiae first allows the production of a catalytic active CYP2U1-P450 reductase complex needed for substrate screening. Another expression system in a prokaryote host Escherichia Coli will allow higher production rate of a truncated and soluble form of the protein which will permit structural studies. Then a directed substrate screening was performed with the liquid chromatography – mass spectrometry analysis of CYP2U1 incubations. To date, 70 molecules, CYP2 family substrates, were tested that allow the identification of the two first exogenous CYP2U1 substrates: débrisoquine and terfenadone analogs. A structural study was achieved using a homology tridimensional model of the enzyme. We have found that CYP2U1 is longer than the other human CYPs, with an N-terminal 20 amino acids insertion, located after the helical membrane spanning domain. Structural models were built using six crystallized human CYP2s as templates. Molecular dynamics experiments in membrane suggested a specific interaction with the membrane. The active site topology and the access channels were also determined and a docking of the two first exogenous CYP2U1 substrates was performed in order to confirm the regioselective hydroxylation activities observed in vitro.Parmi les 57 cytochromes P450 identifiés lors du séquençage complet du génome humain, on en dénombre environ 15 dont on ne connaît pratiquement rien de leurs rôles physiologiques, de leurs substrats, et de leurs structures, d’où le nom de «P450 orphelins». Le CYP2U1 est l’un des cytochromes P450 les plus fortement exprimé au niveau du cerveau et du cervelet mais c’est aussi l’un des plus conservé parmi les différentes espèces du règne animal. Ce travail de thèse a tout d’abord consisté à optimiser les conditions d’expression du CYP2U1 sous une forme active. Un premier système d’expression dans la levure Saccharomyces Cerevisiae a permis une production d’un complexe CYP2U1-P450 réductase catalytiquement actif permettant des études de recherche de substrat. Un second système d’expression dans Escherichia Coli devrait permettre d’obtenir de plus grandes quantités d’enzyme soluble destinée à des études structurales. Dans un second temps, une recherche de substrats a été effectuée à l’aide d’analyse d’incubats par chromatographie liquide couplée à une détection par spectrométrie de masse. A ce jour, un screening dirigé de plus de soixante-dix molécules, substrats de P450s de la famille 2, a permis d’identifier les premiers substrats exogènes du CYP2U1, les analogues de terfénadone et la débrisoquine. D’autre part, une étude par modélisation moléculaire de la structure du CYP2U1 a été effectuée. Cette étude montre que le CYP2U1 diffère de tous les autres P450s par la présence d’un insert très spécifique dans son domaine N-terminal. Des modèles par homologie basés sur les structures cristallographiques des P450s de la famille 2 ont été construits. Ces modèles ont été validés par dynamique moléculaire et ont permis de proposer un mode d’interaction avec la membrane, d’identifier la position des canaux d’accès ainsi que de déterminer la topologie du site actif. Enfin, un docking des premiers substrats exogènes au sein du site actif du CYP2U1 a permis de confirmer la régioselectivité des hydroxylations catalysées par le CYP2U1

Membrane-bound human orphan cytochrome P450 2U1: Sequence singularities, construction of a full 3D model, and substrate docking

International audienc

Expression in yeast, new substrates, and construction of a first 3D model of human orphan cytochrome P450 2U1: Interpretation of substrate hydroxylation regioselectivity from docking studies.

International audienceCytochrome P450 2U1 (CYP2U1) has been identified from the human genome and is highly conserved in the living kingdom. In humans, it has been found to be predominantly expressed in the thymus and in the brain. CYP2U1 is considered as an "orphan" enzyme as few data are available on its physiological function(s) and active site topology. Its only substrates reported so far were unsaturated fatty acids such as arachidonic acid, and, much more recently, N-arachidonoylserotonin.We expressed CYP2U1 in yeast Saccharomyces cerevisiae, built a 3D homology model of CYP2U1, screened a library of compounds known to be substrates of CYP2 family with metabolite detection by high performance liquid chromatography-mass spectrometry, and performed docking experiments to explain the observed regioselectivity of the reactions.We show that drug-related compounds, debrisoquine and terfenadine derivatives, subtrates of CYP2D6 and CYP2J2, are hydroxylated by recombinant CYP2U1 with regioselectivities different from those reported for CYP2D6 and 2J2. Docking experiments of those compounds and of arachidonic acid allow us to explain the regioselectivity of the hydroxylations on the basis of their interactions with key residues of CYP2U1 active site.Our results show for the first time that human orphan CYP2U1 can oxidize several exogenous molecules including drugs, and describe a first CYP2U1 3D model.These results could have consequences for the metabolism of drugs particularly in the brain. The described 3D model should be useful to identify other substrates of CYP2U1 and help in understanding its physiologic roles