Alain Blond, S.A. Kozin, S. Rebuffat, Hanitra Rabesona, Thomas Haertlé, P. Debey, C. Lepage, Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN), Laboratoire d'étude des interactions des molécules alimentaires, and Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Le passage de la forme non pathogène de la protéine prion normalement présente chez l’individu sain (PrPC) vers la forme pathogène (PrPSc) se traduit par une augmentation de la proportion de feuillet bêta dans la protéine, favorisant son agrégation, la formation de fibrilles et la résistance à la protéinase K. La structure tridimensionnelle de PrPC, déterminée pour quatre espèces, est extrêmement conservée. Elle comporte un segment désordonné et très flexible à l’extrémité N-terminale et une partie globulaire, constituée de deux brins bêta (S1, S2) et de trois hélices alpha (H1 à H3) associés par des boucles (L1 à L5). Le fragment de la protéine correspondant à l’hélice H1 se structure en hélice de façon autonome. En revanche, le peptide comportant la région H1-L3- S2 (PrPH1-L3-S2) montre, comme la protéine, une capacité à adopter différentes conformations. Ces résultats contribuent à proposer l’hélice H1 comme l’un des motifs structuraux de la protéine capables d’initier la transconformation, c’est-à-dire la transformation de la protéine prion normale en protéine prion pathogène. Le rôle clé de l’hélice H1 dans la transconformation a été étayé par une série d’études physicochimiques, détaillées dans l’article, réalisées à l’aide d’une série de peptides de tailles variées (9 à 33 résidus, séquence ovine) ciblés sur la région [133-165] qui comporte la succession des motifs structuraux L2-H1-L3-S2. Les principaux résultats de cette étude montrent la grande stabilité de l’hélice H1, en particulier en présence de la boucle L2 ou des deux boucles L2 et L3. L’absence de la boucle L2 et la présence du brin bêta S2 sont en revanche des facteurs de déstabilisation de l’hélice H1. La boucle L2 pourrait d’ailleurs jouer un rôle tout particulier comme le suggère l’observation d’une interaction entre cette boucle et la protéine PrPC. Une telle interaction pourrait être mise en jeu dans les mécanismes intervenant dans l’interaction protéine prion saine/protéine prion pathogène impliquée dans la propagation de la maladie. Ces résultats, qui devront être confirmés et développés, conduisent à proposer la boucle L2 et le feuillet S2 comme deux régions assurant la « régulation » de la stabilité de l’hélice H1, qui apparaît comme une région clef dans les processus de conversion pathogène., The conversion of the prion protein from the normalnon-pathogenic cellular form (PrPC), to the pathogenicmisfolded isoform (PrPSc) involves an increase of theamount of beta sheet in the protein structure, whichfavours aggregation, formation of fibrils and resistanceto proteinase K. The three-dimensional structure ofPrPc, which has been determined for four species, isextremely conserved. It contains a flexible segment atthe N-terminus and a globular part composed of twobeta-strands (S1, S2) and three alpha-helices (H1 to H3) associated by loops (L1 to L5). The protein fragmentcorresponding to helix H1 is an autonomousregion that can adopt a helical structure by itself. Bycontrast, the peptide that contains region H1-L3-S2(PrPH1-L3-S2) adopts different conformations, as alsoshown for the protein. These results allow proposinghelix H1 as one of the structural motifs of the prionprotein able to initiate the transconformation, i.e. theconversion of the benign prion protein into its pathogenicisoform. The key role played by helix H1 in thetransconformation was analysed in a physicochemicalstudy using a series of peptides of different sequencesand lengths (9 to 33 residues, sheep sequence) designedin the [133-165] region that contains the structuralmotifs L2-H1-L3-S2. The main results, which aredescribed here, show the great stability of helix H1,particularly in the presence of either loop L2 or loopsL2 and L3. The absence of loop L2 associated to thepresence of beta-strand S2 decreases the stability ofhelix H1. It is possible that loop L2 could play a specialrole, as suggested by the fact that this loop can interactwith PrPC. Such an interaction could contribute tothe mechanisms that are involved in the interactionbenign prion protein / pathogenic prion protein, whichis implicated in the propagation of the disease. Theseresults, which should be confirmed and developped,lead to propose loop L2 and strand S2 as two regionsthat could assume a "regulation" of the stability ofhelix H1, which appears as a key region in the pathogenicconversion process.