Adaptations structurales et fonctionnelles aux températures extrêmes au sein de la famille des alpha-amylases chlorure-dépendantes

L’adaptation thermique des protéines extremophiles a été étudiée de manière à approfondir notre compréhension des mécanismes moléculaires qui en sont responsables. Dans ce but, deux études ont été initiées et publiées.
La première est basée sur la "mésophilisation" de l’α-amylase psychrophile AHA, issue de la bactérie Antarctique Pseudoalteromonas haloplanktis. L’ajout d’interactions faibles et d’un pont disulfure présents chez son homologue mésophile PPA de Sus scrofa et absents chez AHA ont permis de construire deux mutants multiples stabilisés, Mut5 et Mut5CC. Ces quatre enzymes ont été étudiées sur base de leur stabilité, de leur activité et de la perméabilité de leur structure protéique. L’étude des cinétiques de renaturation/dénaturation d’AHA, Mut5 et Mut5CC a permis de déterminer l’origine cinétique du gain de stabilité liée à l’ajout d’interactions faibles et du pont disulfure chez AHA. Il en résulte que Mut5 et Mut5CC ont effectivement été stabilisés mais en contrepartie ils ont perdu l’optimalisation de l’activité à basse température observée chez AHA. De plus, la perméabilité de leur structure protéique s’est réduite, se rapprochant de celle de PPA. L’origine du gain de stabilité est liée à une diminution des cinétiques de dépliement sans modification des cinétiques de repliement. Non seulement ces résultats démontrent l’importance du rôle des interactions faibles dans l’adaptation thermique des protéines mais de plus, ils démontrent la synergie entre celles-ci.
La seconde étude a pu être développée par la découverte d’une α-amylase chlorure-dépendante thermophile TFA issue de l’actinomycète Thermobifida fusca et par la production de l’α-amylase chlorure-dépendante mésophile ectotherme DMA de Drosophila melanogaster. Ainsi avec AHA et PPA respectivement comme représentants psychrophile et mésophile homéotherme, nous pouvions couvrir l’ensemble des températures physiologiques/environnementales connues. Nous avons pu mettre en évidence le continuum des propriétés physico-chimiques observées (activité, stabilité, affinité pour le substrat…) mais aussi que l’énergie thermique de l’environnement influence grandement l’activité enzymatique qui ne serait pas contrebalancée par les mécanismes adaptatifs. L’influence de la température sur l’activité a mis en évidence la plus faible dépendance d’AHA par rapport à TFA.
Ces travaux ont permis d’améliorer notre compréhension des mécanismes moléculaires liés à l’adaptation thermique des protéines et du rôle joué par les interactions faibles dans cette adaptation. Ils ouvrent aussi la voie à de futures recherches visant à analyser par d’autres méthodes la flexibilité de la structure protéique et à cristalliser TFA pour étudier d’un point de vue structural le continuum des propriétés physico-chimiques mis en évidence au cours de ce travail.