Molecular interaction of zinc finger domain: Study of androgen receptor DNA binding domain and SCA7 domain of Ataxin7 by NMR

La voie de signalisation du récepteur des androgènes (AR) est impliquée dans la progression du cancer de la prostate, et il a été montré que des mutations dans ce domaine étaient responsables de l'activation constitutive des gènes placés sous le contrôle des hormones androgènes. Une de ces mutations transforme un résidu thréonine du DBD en alanine (T575A). Des expériences permettant de mesurer l'activité de transcription ont permis à l'équipe du Dr. Ceraline à l'IRCAD de montrer que la mutation T575A induit un changement de spécificité du récepteur. Alors que l'activité de promoteurs placés sous le contrôle d'éléments de réponse spécifique de AR diminue, celle des promoteurs placés sous le contrôle d'éléments non spécifique augmente. Ce changement de spécificité est corrélé à une modification de l'affinité du récepteur pour les éléments de réponse spécifiques et non spécifiques. Afin de comprendre le mécanisme de cette "reprogrammation" à l'échelle moléculaire, l'étude structurale des domaines DBD des récepteurs sauvage et muté a été entreprise par RMN. La comparaison des deux structures en solution a montré que la mutation n'altère pas le repliement du domaine et donc que la différence de reconnaissance des éléments de réponse n'est pas liée directement à la structure tridimensionnelle du domaine. Nous avons ensuite cherché à déterminer si l'altération de la fonction n'était pas due à une différence de dynamique de la chaîne peptidique. Afin d'étudier les mouvements moléculaires le long de la chaîne, des mesures de relaxation hétéronucléaire ont été effectuées et ont montré également une grande similarité dans le comportement dynamique des deux domaines, à l'exception d'une région située dans le premier doigt de zinc à proximité d'une histidine (H570), qui est conservée dans l'ensemble de la famille des domaines DBD des récepteurs nucléaires. Cette différence nous a conduit à mesurer, par RMN, le pKa de cette histidine pour les deux protéines. Nous avons ainsi montré que la mutation T575A induit une diminution de 0,5 unité de pH par rapport à la même histidine dans le domaine sauvage. L'analyse de la structure a permis de montrer que cette différence de pKa est liée à la perte d'une interaction entre le groupe hydroxyle de la thréonine 575 et le cycle imidazole de l'histidine. L'effet de la mutation sur le mécanisme de reconnaissance s'explique donc par un effet indirect dans lequel un acide aminé situé à distance de la région d'interaction modifie la surface électrostatique du domaine DBD. L'effet de la charge positive en position 570 sur la spécificité de reconnaissance de l'élément de réponse a ensuite été étudiée en construisant plusieurs mutants portant ou non une charge à cette position (mutants H570R et H570A). Ces études ont permis de confirmer l'importance de cette charge et l'ensemble de nos travaux fournissent un éclairage inédit sur les mécanismes de reconnaissance de l'ADN par les récepteurs nucléaires... [etc]The androgen receptor (AR) is a ligand-activated transcriptional factor and a member of the nuclear receptor super family. AR shares a common structural and functional architecture with other members of nuclear receptors. The DNA binding domain of AR (ARDBD) binds to specific response elements as a homodimer. In the clinic, certain mutations in AR are associated with the progression of prostate cancer and have consequences for the treatment of patients with advanced prostate cancer. Previous studies showed that the mutation T575A, locating in the DNA binding domain, enhances the transcriptional activity regulated by full-length AR on promoters containing the non-specific response element compared to the wild type domain does not. These differences prompted us to study the molecular mechanism of ARDBD wild type and the T575A mutant. Structures of ARDBD wild type and T575A mutant revealed high similarity. However, dynamic behavior showed distinct differences between wild type and T575A mutant domains. The protonation state of H570 in ARDBD was found to be differed by the mutation. This loss of charge of H570 results in changes in transcriptional activity of AR... [etc