Les Topoisomérases

La régulation de la topologie de l’ADN se fait par les topoisomérases :

Les acteurs de la régulation de la topologie de l’ADN sont des enzymes appelées topoisomérases.
Elles sont capables de catalyser l’interpénétration de simples brins ou de doubles brins d’ADN. Elles peuvent ainsi changer l’indice d’enlacement Lk d’une molécule d’ADN, mais aussi les décaténer et les dénouer.

La modification de l’état d’enroulement de l’ADN en effectuant le passage d’un simple brin ou d’un double brin à travers un autre nécessite le clivage d’au moins l’un des deux brins de la molécule.

Quelles que soient les topoisomérases, la réaction de cassure s’effectue par une attaque nucléophile de l’oxygène d’une tyrosine de l’enzyme sur un groupement phosphate du squelette de l’ ADN. Ainsi il se forme une liaison phosphodiester covalente temporaire entre l’enzyme et l’ADN. A l’issu de la réaction d’isomérisation, le sens de cette transestérification est inversé et permet de retrouver l’intégrité du squelette de l’ADN.

Il existe trois grands types de topoisomérases, dépendant de leur structure et du mécanisme qu’elles emploient pour agir sur la topologie de l’ ADN : le type I divisé en type IA et IB et le type II.

La topoisomérase 1 :

Les topoisomérases de type I, qui sont quasi-exclusivement monomériques, effectuent des coupures simple brin dans l’ADN, ce qui entraîne soit le passage ATP-indépendant de l’autre brin à travers la coupure simple brin (pour les enzymes de type IA), soit la libre rotation autour de l’autre simple brin (pour les enzymes de type IB).

La topoisomérase IA :

L’enzyme de 97 kDa clive et ouvre des entrées transitoires dans les segments simple brins d’ADN, pour permettre le passage d’un autre segment d’ADN simple brin ou double brin.
Dans cette étape de clivage, un intermédiaire ADN-enzyme est formé entre un résidu tyrosine et l’extrémité 5’ phosphate de l’ADN généré par cette coupure.

Les représentants de cette famille sont entre autre les topoisomérases I et III de E.Coli et la gyrase de l’archaebactérie thermophile Sulfobulus acidocaldarius.

La Topoisomérase IB :
L’enzyme, de poids moléculaire compris entre 80 et 100 kDa, se lie préférentiellement à l’ADN double brin et forme un intermédiaire, comme pour le type IA, mais via l’extrémité 3’ de l’ADN générée par la coupure.
Il comprend l’ADN topoisomérase I eucaryote (chez la levure, le thymus de veau ou encore les cellules Hela), la topoisomérase V de l’archaebactérie Methanopyrus kandlerii et les topoisomérases I de poxvirus.

De rien Ilyeshh

Structure et domaine d’organisation :
L’ADN topo 1 est une protéine monomérique de 765 acides aminés. Elle est constituée de quatre régions majeures : le domaine terminal NH2, le cœur, le domaine de liaison et le domaine terminal COOH .

Le domaine terminal NH2, d’environ 210 résidus, est hautement chargé, contient très peu d’acides aminés hydrophobes et est grandement désordonné. Ce domaine contient plusieurs signaux nucléaires. Il est impliqué dans la localisation nucléaire par des interactions avec la nucléoline, phosphoprotéine nucléolaire possédant diverses fonctions, dont le transport nucléocytoplasmique.

Le domaine terminal COOH, d’environs 50 résidus, contient la tyrosine 723 qui forme une liaison avec le phosphate 3’ du brin d’ADN coupé, du site de clivage.
Le cœur est constitué d’environs 430 résidus et le domaine de liaison, qui n’est pas requis pour l’activité de l’enzyme, de 70 résidus. Les sous domaines 1 et 2 du cœur constituent une coiffe supérieure, qui est lié par une charnière flexible à une coiffe inférieure contenant le domaine C terminal, le sous domaine 3 du cœur, et les domaines anti-parallèles du domaine de liaison enroulés.
Deux hélices α contiguës forment un V en ogive qui sont importantes pour le mécanisme de topoisomérisation et qui se loge dans la coiffe supérieure des sous domaines 1 et 2 du cœur. Quand elles sont fermées les coiffes forment deux mâchoires opposées. Ces régions sont positionnées diamétralement à l’opposé de la région charnière. La mâchoire supérieure est composée du sous domaine 1 du cœur et la mâchoire inférieure du sous domaine 3. La protéine est supposée ouvrir largement ces mâchoires dans le but de lier le double brin d’ADN, suivi de la fermeture des mâchoires sur le brin d’ADN.

La Topoisomérase I apparaît donc comme une enzyme multi-domaine comportant :
- deux domaines globulaires hautement conservés (le cœur et le domaine terminal COOH qui sont cruciaux pour l’activité catalytique.
- Deux régions (le domaine terminal NH2 et le domaine de liaison) qui ne sont pas indispensables aux fonctions catalytiques et de relaxation de l’enzyme. A suivre