Le récepteur A des peptides natriurétiques (NPRA) fait partie de la famille des guanylates cyclases membranaires. L’activation du NPRA par ses agonistes naturels, ANP et BNP, induit une production de GMPc qui est responsable de leur rôle dans l’homéostasie cardiovasculaire, l’inhibition de l’hypertrophie et de la fibrose cardiaques et la régulation de la lipolyse. Le NPRA est un homodimère non covalent composé d’un domaine extracellulaire de liaison du ligand (ECD), d’un unique domaine transmembranaire (TM), d’un domaine d’homologie aux kinases et d’un domaine guanylate cyclase. Bien que le NPRA ait un rôle physiologique important, les mécanismes moléculaires régissant son processus d’activation restent inconnus. Nous avons donc analysé les premières étapes du processus d’activation du NPRA. Nous avons d'abord étudié le rôle de la dimérisation des ECD dans l’activation du récepteur. Nous avons utilisé les techniques de liaison de radioligand, de FRET et de modélisation moléculaire, pour caractériser la liaison à l’ECD des agonistes naturels, d’un superagoniste et d’un antagoniste. L’ANP se lie à un dimère d’ECD préformé et la dimérisation spontanée est l’étape limitante du processus de liaison. De plus, comme le démontrent nos études de FRET, tous les peptides, incluant l’antagoniste, stabilisent le récepteur sous sa forme dimérique. Cependant, l’antagoniste A71915 stabilise le dimère d’ECD dans une conformation différente de celle induite par l’ANP. La dimérisation du NPRA semble donc nécessaire, mais non suffisante à l’activation du récepteur. L’état d’activation du NPRA dépend plutôt de l’orientation des sous unités dans le dimère. Nous avons ensuite étudié le mécanisme moléculaire de transduction du signal à travers la membrane. Plusieurs études ont suggéré que l’activation du NPRA implique un changement de conformation du domaine juxtamembranaire (JM). Cependant, les études de cristallographie de l’ECD soluble de NPRA n’ont pas permis de documenter la structure du JM et le changement de conformation impliqué dans la transduction du signal reste inconnu. Pour analyser ce changement de conformation, nous avons d’abord séquentiellement substitué les neuf acides aminés du JM par une cystéine. En étudiant la capacité des mutants à former des dimères covalents de façon constitutive ou induite par l’ANP, nous avons pu évaluer la proximité relative des résidus du JM, avant et après activation du NPRA. Ces résultats ont démontré la proximité élevée de certains résidus spécifiques et sont en contradiction avec les données cristallographiques. Nous avons également démontré que le domaine intracellulaire impose une contrainte conformationnelle au JM à l’état de base, qui est levée après liaison de l’ANP. En introduisant de 1 à 5 alanines dans l’hélice-α transmembranaire, nous avons montré qu’une rotation des TM de 40° induit une activation constitutive du NPRA. Le signal d’activation pourrait donc être transmis à travers la membrane par un mécanisme de rotation des TM. En utilisant nos données expérimentales, nous avons généré le premier modèle moléculaire illustrant la conformation active du NPRA, où les domaines JM et TM sont représentés. Dans son ensemble, cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant les premières étapes du processus complexe d’activation du NPRA. / Natriuretic peptide receptor-A (NPRA) is a member of the particulate guanylate cyclase family. NPRA activation by natural agonists, ANP and BNP, leads to cGMP production, which is responsible for their role in cardiovascular homeostasis, cardiac hypertrophy and fibrosis inhibition and lipolysis regulation. NPRA is a non covalent dimer composed of an extracellular domain (ECD) with a ligand binding site, a single transmembrane region (TM), a kinase homology domain, and a guanylyl cyclase domain. Although NPRA plays an important physiologic role, molecular mecanisms driving its activation process are yet unknown. We thus analysed the first steps of NPRA’s activation process. First, we studied the role of ECD dimerization in receptor activation and determined the sequential steps of this dimerization process. We used radioligand binding, FRET and molecular modeling to characterize the interaction of ECD with natural agonists, a superagonist and an antagonist. ANP binds to preformed ECD dimers and spontaneous dimerization is the rate-limiting step of the ligand binding process. Furthermore, like demonstrated with fluorescence homoquenching, all the studied peptides, including A71915 antagonist, stabilize a dimeric form of the receptor. However, A71915 stabilizes the ECD dimer in a conformation distinct from those induced by ANP. Thus, ECD dimerization is necessary but not sufficient for NPRA activation. The activation state of NPRA seems to depend on the orientation of the receptor subunits within the dimer. Then, we tried to identify the molecular mechanism of signal transduction through the plasma membrane. Previous studies have shown that activation of NPRA involves a conformational change of the juxtamembrane domain (JM). However, crystallographic study of the soluble ECD of NPRA has failed to document JM structure, and the conformational change involved in transmembrane signal transduction is still unknown. To analyse this conformational change, we first sequentially substituted nine amino acids of JM by a cysteine residue. By studying the mutant’s capacity to form ANP-induced or constitutive covalent disulfide dimers, we evaluated the relative proximity of JM residues, before and after NPRA activation. These results demonstrate a high proximity of specific JM residues and are in disagreement with crystallography data. We also demonstrated that intracellular domain imposes a conformational constraint on JM at basal state, which becomes relaxed upon ANP binding. We finally confirmed, with a full-length receptor, that A71915 stabilizes NPRA in a dimeric form where JM are in a conformation distinct from the basal state. By introducing 1 to 5 alanine residues in the transmembrane α-helix, we showed that a TM rotation of 40° leads to constitutive NPRA activation. Activation signal could thus be transmitted through the membrane by a TM rotation mechanism. We finally studied the role of the TM in NPRA dimerization. By using the ToxR system, we demonstrated that the last JM residues are required to stabilize the TM dimer. Using these experimental data, we generated the first molecular model illustrating the active conformation of NPRA, where JM and TM are depicted. In summary, this study allows a better understanding of molecular mecanisms driving the first steps of NPRA’s complex activation process.

Le virus de l'immunodéficience humain de type 1 VIH-1 est un rétrovirus responsable d'une pandémie touchant actuellement 34 millions de personnes dont près de 25 millons en sont morts. En dépit des grands progrès réalisés dans le développement de nouveaux médicaments visant à bloquer la réplication de ce virus, l'émergence rapide de souches virales mutantes résistantes imposent l'urgence et la nécessité de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour combattre ce virus. La Reverse Transcriptase (RT) duVIH-1 joue un rôle majeur dans le cycle viral puisqu'elle est responsable de convertir l'ARN génomique simple brin en ADN double afin d'intégrer l'ADN génomique de la cellule hôte. La forme biologique de la RT est un hétérodimère formé de la sous unité p66 et la sous unité p51. Les sous unités sont constituées des sous domaines fingers, palm, « connection », thumb et RNase H, ce dernier étant absent sur la sous unité p51. L'activation de la RT est un processus en deux étapes : la première étape consiste en l'association rapide des deux sous unités, suivie d'une deuxième étape plus lente, correspondant à des changements conformationnels fins à l'interface entre p66/p51.Dans l'objectif d'inhiber la fonction de la RT, nous avons proposé une nouvelle stratégie fondée sur l'utilisation des peptides interfacials courts dérivant de séquences hautement conserver de la RT, capables de cibler efficacement les interactions protéine/protéine et de bloquer la dimérisation et l'activation par maturation de la RT. La dimérisation des deux sous unités implique leur interaction part les domaines de connexion. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons criblé et isolé des peptides capables d'interférer avec cette interaction impliquant un « cluster » de résidus aromatiques. Nous avons identifié un peptide court PID4, et démontré que ce peptide induit un changement de conformation de la RT, entrainant la dissociation du complexe. La maturation implique l'interaction de résidus localisés au niveau de « hot spot » dans le domaine RNase H de p66 et thumb de p51. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons sélectionné un peptide court, P27, issus du domaine thumb pouvant inhiber l'étape de la « maturation » (P27). Ces deux classes de peptides bloquent la réplication virale et sont efficaces sur plusieurs souches virales et sur des mutants résistants aux NNRTIS et NRTIS.Les résultats obtenus sur nos deux classes d'inhibiteurs peptidiques, démontrent bien que la dimérisation et la maturation de la RT constituent des cibles de choix pour bloquer l'activité polymérase de la RT et ainsi stopper la prolifération virale par un nouvel concept moins exposer à l'émergence des mutation de résistance. / The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a retrovirus responsible of a disease currently affecting 34 million people and caused the death of 25 million people from its discovery in the 1980s. Despite the great progresses made in the development of new drugs to block the replication of the virus, the rapid emergence of resistant mutant strains requires the development of new therapeutic strategies to combat this agent.The Reverse transcriptase (RT) plays an essential role in the replication of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) and remains a primary target of anti-HIV-1 drugs. The biologically active form of HIV-1 RT is a heterodimer of two subunits, p51 and p66, each consisting of distinct sub-domains: the fingers, the palm, the connection and the thumb are present in both of them. p66 contain also an RNAse H sub-domains. The formation of RT is a two-step mechanism, involving first the rapid association of the two subunits (Dimerization), followed by conformational changes (Maturation) yielding the biologically active form of the enzyme.In order to inhibit the function of RT, we have proposed and elaborated a new strategy based on short interfacial peptides that target protein-protein interfaces involved in RT- dimerization and activation. The dimerization of two subunits involves interaction between their connection domains. In the first part of this thesis, we screened and isolated peptides capable of interfering with the interaction, involving a "cluster" of aromatic residues. We identified a short peptide PID4, and demonstrated that induces a conformational change in the RT, resulting in dissociation of the heterodimer complex. Maturation involves the interaction of residues located at "hot spot" in the RNase H domain of p66 and the thumb domain of p51. The second part of this thesis is based on a screening of peptides, derived from the thumb domain of the enzyme. We have identified a short peptide (P27) which inhibits the maturation step and abolish replication of HIV-1 LAI. These two classes of peptides block viral replication and are effective in several viral strains and mutants resistant to NNRTIs and NRTIs.Taken together, the results of our two classes of peptides inhibitors, demonstrate that the dimerization and maturation of RT constitutes an attractive target for AIDS chemotherapeutics and for the design of more specific new antiviral drugs that can bypass resistance limitation.

Nukleinsäuren und Peptide erlauben es, Kontrolle über molekulare Prozesse auszuüben. In dieser Arbeit werden strukturgebende Elemente wie Coiled-Coil-Peptide oder PNA∙DNA-Strukturen genutzt, um Rezeptoren auf lebenden Zellen zu markieren und in ihrem Verhalten zu modulieren, oder cytosolische Proteine in ihrem Bindungsverhalten zu steuern. Im ersten Konzept wird die Interaktion des Coiled-Coil-Paars K3/E3 genutzt, um eine Transferreaktion, in welcher eine PNA-Sequenz vom K3-Donor auf den E3-Akzeptor übertragen wird, zu induzieren. Durch die Fusion des Akzeptorpeptids mit einem Rezeptor werden kovalente PNA-Rezeptorkonjugate auf der Oberfläche lebender Zellen geschaffen. Die Reaktion zwischen Thiol und Thioester erlaubt dabei einen schnellen Transfer. So wurden Rezeptoren aus der Familie der GPCR sowie der EGFR mit einem PNA-Strang versehen und durch fluoreszente PNA oder DNA selektiv markiert. Zusätzlich wurden verzweigte DNA-Architekturen mit mehreren Fluorophoren genutzt, um die Helligkeit der Markierung quantitativ zu erhöhen. Die PNA-EGFR-Konjugate wurden durch eine zwei Rezeptoren verbrückende Cy3-DNA adressiert und so zeitgleich markiert und dimerisiert. Dadurch wurde die Rezeptoraktivität gesteigert, was über Western Blot-, Immunofluoreszenz- und Fluoreszenzmikroskopieanalyse belegt wurde. In weiteren Ansätzen wurden Coiled-Coil-Systeme genutzt, um i) parallel zwei verschiedene Akzeptorpeptide mit verschiedenen Fluorophoren zu markieren und ii) Coiled-Coil-Peptide schaltbar zu machen. Durch die asymmetrische Verlängerung von K3/E3-Paaren mit Coiled-Coil-Sequenzen kann die Interaktion der Peptide an und aus geschaltet werden. Dies wurde sowohl in einem Fluoreszenzassay als auch in einer direkten Anwendung an der Syk-Kinase demonstriert. Die Liganden der Kinase wurden an den schaltbaren Peptiden angebracht und so die Affinität zur Syk-Kinase kontrolliert. / Nucleic acids and peptides can be used to obtain control over molecular processes within living cells. In this work, structural elements as coiled-coil peptides or PNA∙DNA-structures were used to label and modulate receptor behavior on living cells and to control ligand binding of cytosolic proteins. For the first concept the K3/E3-coiled-coil peptide pair was used to establish a proximity-guided, covalent transfer of a PNA strand from a K3-donor peptide onto the complementary E3-acceptor peptide. By fusion of the acceptor peptide to a receptor, PNA-receptor-conjugates were generated selectively on living cells. The native chemical ligation type of reaction allowed a fast PNA-transfer within minutes. Receptors from the family of GPCRs and the EGFR were tagged with a PNA-sequence and subsequently labeled by the addition of a fluorescent DNA or PNA. By recruiting branched DNA architectures which were decorated with several fluorophores, the total brightness of the labeling was increased quantitatively. A twice complementary Cy3-DNA was used to simultaneously label and dimerize the EGFR. Thereby, an artificially induced increase in receptor activity could be achieved, which was shown in Western Blot and immunofluorescence analysis as well as in fluorescence microscopy. In two other approaches coiled-coil peptides were used to i) label two different acceptor peptides simultaneously with two different dyes and ii) introduce coiled-coil peptides as part of a dynamic switchable system. Using an asymmetric coiled-coil elongation on the K3/E3 pair the interaction of both can be turned on and off. This was demonstrated in a fluorescence assay and applied to the Syk kinase, were Syk ligands were attached to the switchable peptides. Those ligands were changed from a bi- to a monovalent presentation status and thus the affinity of the Syk kinase towards its ligands can be controlled.

Les foldamères de type oligopyridine biscarboxamide constituent une famille d’oligomères synthétiques pouvant adopter une structure hélicoïdale et s’hybrider pour former des hélices doubles. Ce travail a eu pour objectif de synthétiser une nouvelle génération de foldamères π-fonctionnels porteurs de groupements photoactifs ou électroactifs, d’étudier les facteurs gouvernant l’équilibre entre hélice simple et hélice double, d’analyser l’impact de cet équilibre sur les propriétés optiques, et enfin de mettre en place un nouveau type de stimulus permettant de contrôler cet équilibre. Deux foldamères photoactifs dotés d’unités Disperse Red, ont été synthétisés. Leurs structures cristallographiques confirment la formation de structures hélicoïdales. Un choix précis du solvant permet d’orienter sélectivement l’équilibre vers la formation d’une hélice simple ou double.Le contrôle de l’équilibre d’hybridation par dilution permet de moduler l’activité en Génération de Seconde Harmonique du foldamère. En outre, la cavité générée par l'hélice permet la reconnaissance de divers anions. Enfin, les premiers efforts fournis pour induire une hélicité donnée à ces foldamères par voie supramoléculaire sont décrits. Par ailleurs, un foldamère électroactif fonctionnalisé par deux unités tétrathiafulvalène (TTF) a été synthétisé selon une méthodologie originale. La présence des unités TTF permet un contrôle redox inédit de la structuration du foldamère, par dimérisation de cations radicaux. Le concept a été élargi via l’immobilisation d’un foldamère sur surface d’or (SAMs). Enfin, une capsule électroactive capable de complexer l’acide tartrique a également été synthétisée et caractérisée. / Oligopyridine biscarboxamide-based foldamers constitute a family of synthetic oligomers that can fold into helical structures and hybridize to form double helices. This work aims at synthesizing a new generation of π-functionalized foldamers featuring photoactive and electroactive moieties, in order: to study the factors governing the equilibrium between simple and double helices, to analyze the impact of this equilibrium on the optical and recognition properties, and to set up a new type of stimulus to control this equilibrium. Two photoactive foldamers of different lengths and bearing two Disperse Red units were synthesized. Their crystallographic structures confirm the formation of helical structures. A precise choice of the solvent allows to drive the equilibrium towards the single or the double helix selectively.The cavity generated within the helix presents a good affinity for anions. The control over the hybridization equilibrium allows modulating the Second Harmonic Generation activity. Eventually, our first efforts to control the helicity of these foldamers through supramolecular chiral induction are described. On the other hand, an electroactive foldamer featuring two tetrathiafulvalene (TTF) units was synthesized according to an original methodology. The presence of TTF units allows an unprecedented redox control of the structure of foldamer, by dimerization of radical cations. The concept has been extended by immobilizing a foldamère on a gold surface (SAMs). Finally, an electroactive capsule capable of complexing tartaric acid has also been synthesized and characterized.

The synthesis and reactions of hydrotris(pyrazolyl)borate, (TpR,R) supported ytterbium(II) borohydride and lanthanide(III) dialkyl (Ln = Yb, Lu) complexes were investigated. The lanthanide(III) dialkyl complexes were found to undergo both hydrogenolysis reaction and protonolysis reaction with terminal alkynes. Reaction of [(TptBu,Me)YbH]2 (1) with NH3BH3 and (TptBu,Me)YbI(THF) (2) with NaBH4 afforded the corresponding mono-ligand complexes, (TptBu,Me)Yb(BH4) (3) and (TptBu,Me)Yb(BH4)(THF) (4), respectively. Compounds 3 and 4 represent rare examples of lanthanide(II) tetrahydroborate complexes. IR spectroscopy data, in the B-H stretching region are consistent with the 3-BH4 bonding mode found in the solid state of compound 4 and the corresponding deuterium labelled BD4 analogue of 4 shows the expected IR isotope shifts. Mono-ligand lanthanide dialkyl complexes, (TpR,R)Ln(CH2SiMe2R)2(THF)0/1 (5-9) were synthesized from the homoleptic Ln(CH2SiMe2R)3(THF)2 (Ln = Yb, Lu; R = Me, Ph) complexes by two alternative and complementary methods: alkyl abstraction with the thallium salts of the ligands, TlTpR,R and protonolysis using the acid form of the ligands, HTpR,R. Hydrogenolysis of the dialkyl complexes (TpMe2)Ln(CH2SiMe3)2(THF) (7a, Yb; 8a, Lu) afforded the corresponding tetranuclear hydride complexes, [(TpMe2)LnH2]4 (11, Yb; 12, Lu). Similarly, hydrogenolysis of (Tp)Yb(CH2SiMe3)2(THF) (9) afforded the hexanuclear hydride [(Tp)YbH2]6 (13). When treated with a variety of terminal alkynes, the dialkyl complexes, (TpR,Me)Ln(CH2SiMe3)2(THF) (14a, Y; 8a, Lu), gave the corresponding bis-alkynide complexes, (TpR,Me)Ln(CCR)2 (15-27). The structures of the complexes depend on the steric size of both the alkyne substituents and the substituent on position 3 of the pyrazolyl ring. Except for the bulkiest substituents, the compounds are dimeric with two asymmetric 2-alkynide bridging groups and a coupled alkynide unit bridging the two lanthanide centers via an unusual enyne bonding motif. The synthesis of Lu(CH2Ph-4-R)3(THF)3 (R = H, 28a; R = Me, 28b) was achieved by salt metathesis reactions between KCH2Ph-4-R and LuCl3. Variable temperature NMR studies in THF shows that the formation of these complexes is accompanied by a small amount of the anionic ate K[Lu(CH2PH-4-R)4(THF)n] (30) complexes, which can be prepared independently by reaction of pure Lu(CH2Ph-4-R)3(THF)3 with one equiv. of KCH2Ph-4-R. One of the coordinated THF of 28a could be removed by trituration with toluene to give Lu(CH2Ph-4-R)3(THF)2 (29a). Protonolysis reaction with HTpR,R afforded the corresponding dibenzyl complexes, (TpR,R)Ln(CH2Ph-4-R)2(THF)n (31-33). X-ray crystal structures of complex 4, the dialkyl complexes 5b, 6b, 7 and 8; dihydride complexes 11, 12 and 13; bis-alkynide complexes 15, 16, 17, 21, 22 and 24 as well as the tribenzyl compounds 28a and 29a and dibenzyl complexes 31-33 were determined. The solution behaviour, solid state structures and structural diversity of these complexes are discussed.

Cytoplasmic membrane proteins CvaB and CvaA and the outer membrane protein TolC form the bacteriocin colicin V (ColV) secretion system in Escherichia coli. CvaB functions as an ATP-binding cassette transporter with nucleotide-binding motifs in the C-terminal domain (CTD). To study the role of CvaB-CTD in the ColV secretion, a truncated construct of this domain was made and over-expressed. Different forms of CvaB-CTD were obtained during purification, and were identified as monomer, dimer, and oligomer on gel filtration. Nucleotide binding was shown critical for the CvaB-CTD dimerization: oligomers could be converted into dimers by nucleotide bindings; the removal of nucleotide from dimers resulted in transient monomers followed by CTD oligomerization and aggregation; no dimer form could be cross-linked from the nucleotide-binding deficient mutant D654H. The spatial proximity of the Walker A site and ABC signature motif in CTD dimer was identified through disulfide cross-linking of mixed CvaB-CTD with mutants A530C and L630C, while mutations did not dimerize individually. Those results indicated that the CvaB-CTD formed a nucleotide-dependent head-to-tail dimer. Molecular basis of differential nucleotide bindings was also studied through bioinformatics prediction and biochemical verification. Through sequence alignment and homology modeling with bound ATP or GTP, it was found that the Ser503 and Gln504 on aromatic stacking region (Y501DSQ-loop) of CvaB-CTD provided two additional hydrogen-bonds to GTP, but not to ATP. Site-directed mutations of the S503A and/or Q504L were designed based on the model. While site-directed mutagenesis studies of Walker A&B sites or the ABC signature motif affected little on the GTP-binding preference, the double mutation (S503A/Q504L) on the Y501DSQ-loop increased both ATP-binding and ATPase activity at low temperatures. The double mutant showed slight decrease of GTP-binding and about 10-fold increase of the ATP/GTP-binding ratio. Similar temperature sensitivity in nucleotide-binding and activity assays were identified in the double mutant at the same time. Mutations on the Y501DSQ-loop did not affect the ColV secretion level in vivo. Together, the Y501DSQ-loop is structurally involved in the differential binding of GTP over ATP.

We have described herein a convenient one-pot synthesis of lisulfides/diselenides from a-amino acids mediated by ammonium etrathiomolybdate in water. (Figure 1) (Figure) Figure 1 Transformation of α-amino acids into the corresponding tiiocyanates/selenocyanates/disulfides/diselenides Halo-de-amination of a-amino acids using HBr/NaNCte followed by treatment with ammonium tetrathiomolybdate (NH4)2]VloS4 jLb provided a general route for the the one-pot synthesis of chiral a,a' bis (dithio) carboxylic acids (Figure 1, 2b). The yields were moderate, limited mainly the moderate conversion of a-amino acids into the corresponding chiral a-bromides. It was possible to synthesize the 2-thiocyanto carboxylic acids from the corresponding a-amino acids by a similar strategy. Thus diazotization in the presence of KSCN yielded in the chiral 2-thiocyanto carboxylic acids in moderate yields (Figure 1, 3). Thiocyanato-de-amination thus afforded the thiocyanates which when treated with JJD provided the chiral disulfides (Figure 1, 4a). We could thus synthesize both enantiomers of the disulfide from a single enantiomer of the starting a-amino acid. (Figure 1, 4a,4b) Using a similar strategy we have also demonstrated an efficient method for the synthesis of chiral selenocyanates starting from a-amino acids, using selenocyanate anion as the nucleophile (Figure 1, 5). It is possible to demonstrate a one-pot synthesis of chiral diselenides by reductive coupling of selenocyanates using JJb. (Figure 1, 6) (for figure see the pdf file)

Natural products represent an incredibly diverse set of chemical structures and activities. Given this fathomless, ever-evolving diversity, a reasonable approach to designing new molecules entails taking a closer look at the biochemistry that Nature has crafted over billions of years on Earth. In particular, much can be learned by unveiling the architectures of proteins, life’s molecular machines, through methods like X-ray crystallography. Acquiring the blueprints of an enzyme brings us closer to understanding the mechanism by which the enzyme transforms a simple substrate it into a complex product with biological function, and inspires us to engineer such systems to our own ends. With a focus on macromolecular structural characterization, this document elaborates on five Gram-negative bacterial biosynthetic enzymes from two categories: Cell-surface modifiers and polyketide synthases. Among the first category are the glycyl carrier protein AlmF and its ligase AlmE of Vibrio cholerae and the phosphoethanolamine transferase EptC of Campylobacter jejuni. These proteins are responsible for decorating cell-surface molecules (e.g., lipid A) of pathogenic bacteria with small functional groups to promote antibiotic resistance, motility, and host colonization. AlmE and EptC represent potential drug targets and their structures lay the groundwork for the design of therapeutics against food-borne illnesses. Included in the second category are the [4+2]-cyclase SpnF and two ketoreductase-linked dimerization elements, each from the spinosyn biosynthetic pathway in Saccharopolyspora spinosa. The former catalyzes a putative Diels-Alder reaction to form a tricyclic precursor of the insecticide spinosad, while the latter two organize ketoreductase domains within modules of a polyketide synthase. The second category also includes Ralstonia eutropha β-ketoacyl thiolase B, a substrate-permissive enzyme that can make or break carbon-carbon bonds with assistance from Coenzyme A or an analogous thiol. Each of these proteins exhibit intriguing structural features or catalyze reactions that show promise for biochemical engineering. / text

No description available.

Le récepteur A des peptides natriurétiques (NPRA) fait partie de la famille des guanylates cyclases membranaires. L’activation du NPRA par ses agonistes naturels, ANP et BNP, induit une production de GMPc qui est responsable de leur rôle dans l’homéostasie cardiovasculaire, l’inhibition de l’hypertrophie et de la fibrose cardiaques et la régulation de la lipolyse. Le NPRA est un homodimère non covalent composé d’un domaine extracellulaire de liaison du ligand (ECD), d’un unique domaine transmembranaire (TM), d’un domaine d’homologie aux kinases et d’un domaine guanylate cyclase. Bien que le NPRA ait un rôle physiologique important, les mécanismes moléculaires régissant son processus d’activation restent inconnus. Nous avons donc analysé les premières étapes du processus d’activation du NPRA. Nous avons d'abord étudié le rôle de la dimérisation des ECD dans l’activation du récepteur. Nous avons utilisé les techniques de liaison de radioligand, de FRET et de modélisation moléculaire, pour caractériser la liaison à l’ECD des agonistes naturels, d’un superagoniste et d’un antagoniste. L’ANP se lie à un dimère d’ECD préformé et la dimérisation spontanée est l’étape limitante du processus de liaison. De plus, comme le démontrent nos études de FRET, tous les peptides, incluant l’antagoniste, stabilisent le récepteur sous sa forme dimérique. Cependant, l’antagoniste A71915 stabilise le dimère d’ECD dans une conformation différente de celle induite par l’ANP. La dimérisation du NPRA semble donc nécessaire, mais non suffisante à l’activation du récepteur. L’état d’activation du NPRA dépend plutôt de l’orientation des sous unités dans le dimère. Nous avons ensuite étudié le mécanisme moléculaire de transduction du signal à travers la membrane. Plusieurs études ont suggéré que l’activation du NPRA implique un changement de conformation du domaine juxtamembranaire (JM). Cependant, les études de cristallographie de l’ECD soluble de NPRA n’ont pas permis de documenter la structure du JM et le changement de conformation impliqué dans la transduction du signal reste inconnu. Pour analyser ce changement de conformation, nous avons d’abord séquentiellement substitué les neuf acides aminés du JM par une cystéine. En étudiant la capacité des mutants à former des dimères covalents de façon constitutive ou induite par l’ANP, nous avons pu évaluer la proximité relative des résidus du JM, avant et après activation du NPRA. Ces résultats ont démontré la proximité élevée de certains résidus spécifiques et sont en contradiction avec les données cristallographiques. Nous avons également démontré que le domaine intracellulaire impose une contrainte conformationnelle au JM à l’état de base, qui est levée après liaison de l’ANP. En introduisant de 1 à 5 alanines dans l’hélice-α transmembranaire, nous avons montré qu’une rotation des TM de 40° induit une activation constitutive du NPRA. Le signal d’activation pourrait donc être transmis à travers la membrane par un mécanisme de rotation des TM. En utilisant nos données expérimentales, nous avons généré le premier modèle moléculaire illustrant la conformation active du NPRA, où les domaines JM et TM sont représentés. Dans son ensemble, cette étude apporte une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant les premières étapes du processus complexe d’activation du NPRA. / Natriuretic peptide receptor-A (NPRA) is a member of the particulate guanylate cyclase family. NPRA activation by natural agonists, ANP and BNP, leads to cGMP production, which is responsible for their role in cardiovascular homeostasis, cardiac hypertrophy and fibrosis inhibition and lipolysis regulation. NPRA is a non covalent dimer composed of an extracellular domain (ECD) with a ligand binding site, a single transmembrane region (TM), a kinase homology domain, and a guanylyl cyclase domain. Although NPRA plays an important physiologic role, molecular mecanisms driving its activation process are yet unknown. We thus analysed the first steps of NPRA’s activation process. First, we studied the role of ECD dimerization in receptor activation and determined the sequential steps of this dimerization process. We used radioligand binding, FRET and molecular modeling to characterize the interaction of ECD with natural agonists, a superagonist and an antagonist. ANP binds to preformed ECD dimers and spontaneous dimerization is the rate-limiting step of the ligand binding process. Furthermore, like demonstrated with fluorescence homoquenching, all the studied peptides, including A71915 antagonist, stabilize a dimeric form of the receptor. However, A71915 stabilizes the ECD dimer in a conformation distinct from those induced by ANP. Thus, ECD dimerization is necessary but not sufficient for NPRA activation. The activation state of NPRA seems to depend on the orientation of the receptor subunits within the dimer. Then, we tried to identify the molecular mechanism of signal transduction through the plasma membrane. Previous studies have shown that activation of NPRA involves a conformational change of the juxtamembrane domain (JM). However, crystallographic study of the soluble ECD of NPRA has failed to document JM structure, and the conformational change involved in transmembrane signal transduction is still unknown. To analyse this conformational change, we first sequentially substituted nine amino acids of JM by a cysteine residue. By studying the mutant’s capacity to form ANP-induced or constitutive covalent disulfide dimers, we evaluated the relative proximity of JM residues, before and after NPRA activation. These results demonstrate a high proximity of specific JM residues and are in disagreement with crystallography data. We also demonstrated that intracellular domain imposes a conformational constraint on JM at basal state, which becomes relaxed upon ANP binding. We finally confirmed, with a full-length receptor, that A71915 stabilizes NPRA in a dimeric form where JM are in a conformation distinct from the basal state. By introducing 1 to 5 alanine residues in the transmembrane α-helix, we showed that a TM rotation of 40° leads to constitutive NPRA activation. Activation signal could thus be transmitted through the membrane by a TM rotation mechanism. We finally studied the role of the TM in NPRA dimerization. By using the ToxR system, we demonstrated that the last JM residues are required to stabilize the TM dimer. Using these experimental data, we generated the first molecular model illustrating the active conformation of NPRA, where JM and TM are depicted. In summary, this study allows a better understanding of molecular mecanisms driving the first steps of NPRA’s complex activation process.