Mecanism, catalysis and structural specificity of the methionine sulfoxide reductase B and the PilB protein from Neisseria meningitidis

Abstract

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