Mécanisme et spécificité structurale des Méthionine sulfoxyde réductases (Msr) de Neisseria meningitidis et rôle du métal dans les MsrB

Les méthionine sulfoxyde réductases (Msr) permettent de restaurer la fonction des protéines oxydées sur leur résidus Methionine. Dans un premier temps, le mécanisme catalytique de la MsrA et de la MsrB de la protéine PilB de la bactérie pathogène Neisseria meningitidis a été étudié. Les deux classes de Msr, qui sont structuralement différentes, partagent un même mécanisme catalytique en trois étapes avec formation d'un intermédiaire acide sulfénique suivie de la formation d'un pont disulfure intra moléculaire qui est réduit par la thiorédoxine (Trx). Elles présentent en revanche une stéréospécificité de substrat inverse vis-à-vis de la fonction sulfoxyde. Dans un deuxième temps, les trois étapes du mécanisme catalytique de la MsrB ont été caractérisées au niveau cinétique. L'étude du rôle des acides aminés du site actif dans la catalyse, la caractérisation biochimique de l'interaction MsrB-Trx et, enfin, l'étude du rôle du métal coordiné ont également été abordées.Methionine sulfoxide reductases (Msr) allow cells to restore function of oxidized proteins on their methionine residues. In the first part, the catalytic mechanism of the MsrA and MsrB of the PilB protein from the bacterial pathogen Neisseria meningitidis has been studied. The two structurally unrelated classes of Msrs display a similar three step catalytic mechanism including the formation of a sulfenic acid intermediate followed by the formation of an intra disulfide bond which is reduced by thioredoxin (Trx). The two classes of Msrs conversely present an opposite stereoselectivity towards the sulfoxide function. In the second part, the three steps of the MsrBs catalytic mechanism have been kinetically characterized. The study of the role of the catalytic amino acid, the characterisation of the MsrB-Trx interaction and, the study of the role of the coordinated metal have also been investigated.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

Mécanisme, catalyse et spécificité structurale des méthionine sulfoxyde réductases de classe B et la protéine PilB de Neisseria meningitidis

Les méthionine sulfoxyde réductases (Msr) sont des enzymes ubiquitaires impliquées dans la résistance au stress oxydant, les processus de vieillissement mais également dans la virulence de certaines bactéries pathogènes. Deux classes de Msr : MsrA et MsrB, structuralement distinctes, catalysent respectivement la réduction des stéréoisomères S et R de la fonction sulfoxyde de la méthionine sulfoxyde selon un même mécanisme catalytique en trois étapes impliquant la formation d un intermédiaire acide sulfénique suivie de celle d un pont disulfure intramoléculaire ensuite réduit par la thiorédoxine (Trx). Des études de relation structure-fonction, ont permis 1) de caractériser les résidus du site actif de la MsrB de Neisseria meningitidis (N. meningitidis) impliqués dans la reconnaissance du substrat, et dans la catalyse de l étape réductase conduisant à la formation de l intermédiaire acide sulfénique, et de proposer un scénario pour la catalyse de l étape réductase dans lequel le résidu His 103 joue un rôle majeur de catalyseur acide / base; 2) de caractériser le mécanisme des autres sous-classes de MsrB, qui diffèrent de la sous-classe représentée par la MsrB de N. meningitidis par l absence de la Cys de régénération en position 63, notamment celui de la MsrB de Xanthomonas campestris, qui possède une Cys de régénération en position 31 située dans une boucle flexible ; et 3) de caractériser la protéine PilB de N. meningitidis, protéine à trois domaines, localisée dans le périplasme portant non seulement les activités MsrA et MsrB mais aussi une activité disulfure oxydoréductase au niveau de son domaine N-terminal dont le rôle est de régénérer les activités Msr.Ubiquitous enzyme methionine sulfoxide reductases (Msrs) are involved in oxidative stress resistance, aging process but also in bacteria pathogenicity like for Neisseria genius. The two Msrs classes: MsrA and MsrB structural-unrelated catalyze the reduction of the two stereoisomeric forms R and S of the sulfoxide function from the methionine sulfoxide. They share a similar three-step chemical mechanism including formation of a sulfenic acid intermediate following by intramolecular disulfide bond formation, reduced in the last step by the thioredoxin (Trx). The structure function studies are conduced to 1) characterization of active site amino acids involved in substrate recognition and reductase step catalysis leading to sulfenic acid formation in Neisseria meningitidis (N. meningitidis) MsrB, we have proposed a scenario for the reductase step with a major role of the acid / base catalyst His 103 2) characterization of different MsrB sub-classes mechanisms, Xanthomonas campestris MsrB present a Cys 31 located in a flexible loop compare to the Cys 63 from N. meningitidis MsrB also located in a flexible loop, the Mycoplasma pulmonis MsrB don t posses recycling Cys; and 3) characterization of the N. meningitidis PilB, a three domains protein located in the periplasm, PilB possess MsrA and MsrB activities, and a oxydoreductase activity carried by the N-terminal domain, moreover this domain can reduced the oxidized MsrA and MsrB domains.NANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Caractérisation enzymatique de la Méthylmalonate semialdéhyde déshydrogénase de Bacillus subtilis

La méthylmalonate semialdéhyde déshydrogénase (MSDH) de Bacillus subtilis, enzyme homotétramérique, catalyse l'oxydation NAD+-dépendante du méthylmalonate semialdéhyde en propionyl-coenzyme A via un mécanisme à deux étapes. Le mécanisme de la réaction a été étudié. Les résultats montrent que la liaison du NAD entraîne un réarrangement local conformationnel de la MSDH et que la MSDH présente une réactivité de demi-site avec deux sous-unités actives par tétramère. Les résultats montrent également un mécanisme séquentiel d'activation de la Cys 302 catalytique, son pKapp passant de 8.8 dans l'apoenzyme à 8 dans le complexe binaire et enfin à 5.5 dans le complexe ternaire. L'étape limitante de la réaction est associée au processus de beta-décarboxylation qui a lieu après le relargage du NADH du complexe ternaire thioacylenzyme et avant l'étape de transthioestérification. La fixation du substrat est stabilisée par l'interaction de son carboxylate avec les résidus invariants R124 et R301.Homotetrameric methylmalonate semialdehyde dehydrogenase (MSDH) from Bacillus subtilis catalyzes the NAD+-dependent oxidation of methylmalonate semialdehyde into propionyl-Coenzyme A via a two-step mechanism. A detailed mechanistic characterization of the MSDH-catalyzed reaction has been carried out. The results show that NAD binding elicits a structural imprinting of the apo-enzyme. The enzyme exhibits a half-of-the-site reactivity with two subunits active per tetramer. The results support also a sequential C302 activation process with a pKapp shift from ~ 8.8 in the apo-form to 8.0 in the binary complex and finally ~ 5.5 in the ternary complex. The rate-limiting step is shown to be associated with the beta-decarboxylation process which occurs on the thioacylenzyme intermediate after NADH release and before the transthioesterification step. Binding of the substrate is favoured by stabilizing interactions between its carboxylate group and the invariant residues R124 and R301.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

Enzymologie moléculaire d'une sulfinyl réductase, la sulfirédoxine (Caractérisation du mécanisme catalytique)

Les peroxyrédoxines à deux cystéines typiques (2-Cys Prx) sont impliquées dans la résistance des cellules au stress oxydant associé à H2O2, en réduisant H2O2 en H2O. En parallèle, ces enzymes participent à la transduction du signal dépendant de H2O2 en tant que second messager, via leur état rédox. La suroxydation sous forme d acide sulfinique des 2-Cys Prx typiques eucaryotes est une modification posttraductionnelle qui inactive l activité peroxydase, permettant de réguler le passage du message cellulaire H2O2-dépendant. La réduction de cette espèce oxydée est essentielle pour la viabilité des cellules. Cette réaction est catalysée par les sulfirédoxines (Srx). Les études réalisées ont permis de caractériser le mécanisme catalytique de Srx de S. cerevisiae qui consiste en : 1) l activation de la fonction acide sulfinique sous forme d anhydride phosphoryl sulfinique, par transfert direct du phosphate ? de l ATP ; 2) la réduction de la fonction acide sulfinique activée par attaque de la Cys catalytique de Srx, ce qui conduit à un intermédiaire covalent thiosulfinate Prx/Srx ; 3) le recyclage de Srx avec la libération de PrxSOH. Au niveau du recyclage de l activité Srx, deux classes de Srx peuvent être définies, celle à deux Cys et celle à une Cys. La classe de Srx à deux Cys, composée jusqu à présent de Srx de levures, possède une Cys de recyclage qui attaque le thiosulfinate au niveau de la Cys de Srx, libérant la PrxSOH et la Srx oxydée sous forme de pont disulfure intramoléculaire. Cette forme oxydée de Srx est ensuite reconnue et réduite par la thiorédoxine. La classe de Srx à une Cys dont font partie les Srx de mammifères, ne possédant pas de Cys de recyclage, passe par un mécanisme de recyclage impliquant un réducteur autre que la Trx, qui reduit directement la fonction thiosulfinate, et dont la nature reste à déterminer.Typical two-cysteine peroxiredoxines are involved in cell resistance against H2O2-induced oxidative stress, by reducing H2O2 in H2O. Furthermore, these enzymes take part in H2O2 signalling, which is transmitted and regulated by their redox state. The eukaryotic typical 2-Cys Prxs are subject to post-translational modification under sulfinic acid oxidation state, which inactivates have lost their peroxidase activity and thus regulates allows the passage of H2O2-dependent cellular message. Reduction of the sulfinic acid oxidation state is essential for the cell viability. Sulfiredoxin (Srx) catalyzes this reduction. These research studies demonstrated that the catalytic mechanism of Srx occurs in three steps: first, the sulfinic acid is activated as a sulfinyl phosphoryl anhydride intermediate by a direct transfer of the ?-phosphate of ATP; second, the activated sulfinic acid intermediate is reduced via attack of the catalytic Cys of Srx, which leads to formation of a thiosulfinate intermediate and; third Srx, is recycled with concomitant release of the PrxSOH product of the reaction. Two classes of Srx could be defined depending on the mechanism of Srx recycling. The class comprising yeast Srxs have one recycling Cys. This Cys attacks the thiosulfinate intermediate, resulting in PrxSOH release and formation of an oxidized Srx intermediate. This oxidized species, with an intramolecular disulfide bond, is recognized and reduced by thioredoxin. In the class comprising Srx devoid of recycling Cys, which includes the mammalian Srxs, Srx is recycled by a reducer distinct from thioredoxin, which reduces directly the thiosulfinate function.NANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Comment on "A sulfonium cation intermediate in the mechanism of methionine sulfoxide reductase B: a DFT study"

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La free R Méthionine sulfoxyde réductase (fRMsr) de Neisseria meningitidis (Mécanisme, catalyse et spécificité structurale)

Les Méthionine sulfoxyde réductases (Msr) catalysent la réduction spécifique des méthionine sulfoxydes (Met-O) en méthionines (Met). Elles sont impliquées dans la résistance des cellules à un stress oxydant et dans la virulence des bactéries pathogènes du genre Neisseria. Cette famille d'enzyme se compose de trois classes, les MsrA et B, structuralement distinctes, et présentant une stéréosléctivité respectivement pour l'isomère S et R de la fonction sulfoxyde du substrat. Une troisième classe, découverte récemment, et appelée fRMsr, catalyse la réduction spécifique de la forme libre de l'isomère R de la fonction sulfoxyde. La fRMsr appartient à la famille des domaines GAF, généralement impliqués dans la signalisation cellulaire, et les fRMsr représentent le premier domaine GAF présentant une activité enzymatique. Les études réalisées au cours de ma thèse sur la fRMsr de Neisseria meningitidis ont permis de montrer que : 1) fRMsr de N. meningitidis présente un mécanisme catalytique identique à MsrA/B avec la formation d'au moins un pont disulfure intramoléculaire Cys84-Cys118 réduit par la thiorédoxine (Trx) ; 2) La Cys118 est le résidu catalytique sur lequel l'intermédiaire acide sulfénique doit se former ; 3) L'étape réductase est l'étape cinétiquement déterminante du mécanisme à deux étapes conduisant à la formation du pont disulfure Cys84-Cys118. La combinaison de l'analyse des résultats cinétiques, et de la structure tridimensionnelle de la fRMsr de N. meningitidis en complexe avec le substrat ont permis de montrer : 1) L'existence d'un site de reconnaissance oxyanion impliqué dans la stabilisation de la fonction carboxylate ; 2) Un rôle de la fonction carboxylate du résidu Asp143 dans la catalyse de l'étape réductase ; 3) Le résidu Glu125 est impliqué dans la reconnaissance et/ou le positionnement du substrat Met-O probablement via la stabilisation du groupement NH3+ ; 4) Un rôle du résidu Asp141 dans le positionnement des résidus Asp143 et Glu125 ; 5) le noyau indole du Trp62 est impliqué dans la stabilisation du groupe méthyle-[epsilon]Methionine sulfoxide reductases (Msr) catalyze the specific reduction of methionine sulfoxides (Met-O) into methionine (Met). They are involved in cell defences against oxidative stress and virulence of pathogenic bacteria of Neisseria genius. This family of enzymes consists of three classes, MsrA and MsrB, structurally-unrelated, Specific for the S and the R epimer of the sulfoxide function of the substrate, respectively. A third class, recently discovered and called fRMsr, selectively reduce the free form of the R epimer of the sulfoxide function. The fRMsr belongs to the family of GAF domains, they are usually involved in cell signaling, and fRMsr represent the first GAF domain to show enzymatic activity. The studies of the Neisseria meningitidis fRMsr have shown that: 1) The Neisseria meningitidis fRMsr have a identical catalytic mechanism to MsrA and MsrB with the formation of at least one intramolecular disulfide bond, Cys84-Cys118 reduced by thioredoxin (Trx) ; 2) The Cys118 is demonstrated to be the catalytic Cys on which a sulfenic acid is formed ; 3) The Reductase step is the rate determining step of the mechanism leading to the formation of the disulfide bond Cys84-Cys118. The combination of the biochemical and kinetics data, and the examination of the 3D structure of the N. meningitidis fRMsr in complex with its substrate shown: 1) an oxyanion hole involved in the accommodation of the carboxylate group ; 2) the carboxylate group of the Asp143 residue involved in the catalysis of step reductase, and 3) The Glu125 residue involved in the recognition and/or positioning of the Met-O probably by the stabilization of the NH3+; 4) the Asp141 residue involved in the positioning of Asp143 and Glu125 residues ; 5) the indole ring of the Trp62 residue involved in stabilizing of the epsilon-methyl groupMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF