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Jun 19, 2023

Une nouvelle protéine hybride composée de superoxyde

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 6892 (2023) Citer cet article 953 Accès 56 Détails d'Altmetric Metrics Une nouvelle protéine hybride composée d'un complexe Cu(II) superoxyde dismutase-actif

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6892 (2023) Citer cet article

953 Accès

56 Altmétrique

Détails des métriques

Une nouvelle protéine hybride composée d'un complexe Cu(II) superoxyde dismutase-actif (CuST) et de lysozyme (CuST@lysozyme) a été préparée. Les résultats des analyses spectroscopiques et électrochimiques ont confirmé que CuST se lie au lysozyme. Nous avons déterminé la structure cristalline de CuST @ lysozyme à une résolution de 0, 92 Å, ce qui a révélé que le groupe imidazole His15 du lysozyme se lie au centre Cu (II) de CuST en position équatoriale. De plus, CuST était fixé en position par la faible coordination axiale du groupe hydroxyle Thr89 et la liaison hydrogène entre le groupe guanidinium du résidu Arg14 et le groupe hydroxyle de CuST. De plus, la combinaison de CuST avec le lysozyme n’a pas diminué l’activité superoxyde dismutase de CuST. Sur la base des études spectrales, électrochimiques, structurales et des calculs de chimie quantique, un mécanisme de dismutation d'O2 catalysé par CuST@lysozyme est proposé.

Les organismes aérobies produisent l’énergie nécessaire à leur survie grâce à la respiration aérobie. Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) telles que les radicaux hydroxyles (·OH), l'oxygène singulet (1O2), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et le superoxyde (O2–) sont les sous-produits inévitables de ce processus. Ces ROS provoquent de graves dommages oxydatifs sur les biomolécules telles que les lipides, les glucides, les hormones, les protéines et les acides nucléiques. Parmi ces ROS, O2– est produit par les systèmes de transport d’électrons, les processus phagocytaires, l’oxydation enzymatique et les protéines transportant l’oxygène, telles que l’hémoglobine et la myoglobine1. Dans des conditions protoniques, O2– réagit avec les protons (H+) pour produire d'autres ROS, tels que ·OH et H2O22. L’élimination de l’O2– est donc une priorité pour les organismes aérobies. Pour éliminer l’O2– et éviter les dommages oxydatifs induits par l’O2–, les organismes aérobies possèdent des métalloenzymes appelées superoxyde dismutases (SOD). Les SOD catalysent la dismutation de O2– en H2O2 et O2, comme le montre la réaction (1) :

Étant donné que les SOD jouent un rôle crucial dans la protection des biomolécules contre les dommages oxydatifs, l’espérance de vie des organismes repose sur une activité efficace de la SOD. Les organismes ayant des activités SOD plus élevées ont des taux de mortalité plus faibles et vice versa3. Les ions métalliques se trouvent dans les centres actifs des SOD, qui catalysent la dismutation de O2– pour produire H2O2 et O2 via les réactions (2) et (3), respectivement :

En fonction des ions métalliques présents dans les centres actifs, les SOD sont classées en quatre catégories : Les SOD contenant Ni, Fe, Mn, Cu et Zn sont connues sous les noms de NiSOD4,5,6,7,8, FeSOD9,10,11,12,13, MnSOD14,15,16,17,18,19 et CuZnSOD20, 21,22, respectivement. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le CuZnSOD le plus répandu, qui contient des ions Cu(II) et Zn(II) dans son centre actif. Tandis que l’ion Zn(II) fixe la structure de coordination secondaire autour du centre actif23, l’ion Cu(II) catalyse la réaction de dismutation de O2–, comme le montrent les réactions (4) et (5) ci-dessous :

Pour utiliser le CuZnSOD natif comme agent d’élimination de l’O2, des problèmes tels que son coût élevé et son instabilité doivent être résolus24. Dans ce contexte, des complexes de Cu (II) de faible poids moléculaire ont été rapportés comme modèles fonctionnels de SOD . Parmi ces complexes de Cu (II), ceux coordonnés par l'acide salicylique comme ligand ont été rapportés comme modèles fonctionnels de SOD . Notre groupe a également signalé des complexes de Cu (II) composés de fragments phénolate et L-acide aminé . Cependant, ces composés de coordination peuvent être toxiques pour les biomolécules après la libération des ions Cu(II) de leurs ligands28. Pour résoudre ce problème, nous nous sommes concentrés sur la forte capacité de liaison des protéines aux ions Cu (II) .

Dans cette étude, comme première approche, nous avons étudié la formation d’une protéine hybride composée de lysozyme, que nous avons choisi en raison de sa stabilité et de sa cristallinité, et d’un complexe fonctionnel SOD-mimétique Cu(II). Cette protéine hybride SOD-mimétique devait améliorer la biocompatibilité et la stabilité du complexe Cu(II) modèle fonctionnel SOD.