La S-glutathionylation de Hsp70 inductible par l’homme révèle un mécanisme de régulation impliquant un couvercle hélicoïdal C-terminal

Les protéines de choc thermique 70 (Hsp70) sont une famille de chaperons moléculaires anciens et conservés. Ils jouent un rôle essentiel dans le maintien de l’homéostasie des protéines, notamment en facilitant le repliement et la dégradation des protéines, en empêchant l’agrégation des protéines et en participant à la réponse au stress. La perturbation des mécanismes de contrôle de la qualité cellulaire est associée au vieillissement, au cancer et aux maladies neurodégénératives.

Le rôle des modifications post-traductionnelles (PTM) dans la régulation des fonctions de Hsp70 est un domaine de recherche émergent. Bien que le stress oxydatif puisse être nocif, la variation redox est une caractéristique naturelle de l’environnement cellulaire et facilite la transduction du signal pour des activités physiologiques importantes. Les modifications cystéines des protéines constituent le principal moyen de transfert de signal redox. La glutathionylation est une modification réversible des résidus cystéine dans les protéines, qui peut protéger les protéines d’une oxydation irréversible et peut également jouer un rôle dans la transduction du signal.

Dans cette étude, la glutathionylation de différents membres de la famille Hsp70 a été détectée dans les cellules HeLa et les sites de modification ont été déterminés par spectrométrie de masse par des chercheurs du groupe du professeur Sarah Perrett et du professeur Chen Chang à l’Institut de biophysique de l’Académie chinoise des sciences.

En se concentrant sur la Hsp70 HspA1A (hHsp70) inductible par le stress, le mécanisme structurel détaillé de la façon dont la glutathionylation affecte l’activité des protéines et les interactions protéine-protéine a été étudié.

La détection in vivo a montré que chacun des cinq résidus cystéine de hHsp70 peut subir une glutathionylation. Des expériences in vitro ont révélé que la modification des cystéines dans le domaine de liaison nucléotidique de hHsp70 est empêchée par la liaison nucléotidique, mais que Cys-574 et Cys-603, situés dans le couvercle hélicoïdal C-terminal du domaine de liaison au substrat, peuvent subissent une glutathionylation en présence et en l’absence de nucléotide.

En résolvant la structure RMN de la forme glutathionylée de la hHsp70 SBD, la base structurelle des changements fonctionnels a été démontrée. La glutathionylation de ces résidus de cystéine entraîne le dépliage de la structure de couvercle en hélice a. La région dépliée imite le substrat en se liant au site de liaison au substrat et en le bloquant, favorisant ainsi l’activité ATPase intrinsèque et entrant en compétition avec la liaison de substrats externes. Cela conduit à une réduction de sa capacité à se lier à d’autres protéines de substrat, telles que le facteur de choc thermique Hsf1.

Ces résultats indiquent non seulement que la modification de la cystéine peut altérer la structure et la fonction de hHsp70, mais également que hHsp70 peut transférer des informations redox à ses clients.

Cette étude a été publiée dans le Journal de chimie biologique le 12 juin 2020.