Étude fonctionnelle et évolutive du résidu situé en position 2 des protéines

Le résidu situé en position 2 des protéines, suivant leur méthionine initiatrice, est un signal clé pour le recrutement co-traductionnel de diverses enzymes de modification qui impactent précocement leur destinée cellulaire (adressage, repliement, temps de demi-vie). Bien que l’importance de ce résidu soit établie pour quelques protéines, son rôle à l’échelle globale du protéome et la nature des pressions sélectives auxquelles il pourrait être soumis demeurent à ce jour inexplorés. Durant ma thèse, j’ai pour la première fois utilisé des méthodologies d’analyse globale pour réaliser une étude fonctionnelle et évolutive du résidu situé en position 2 des protéines. J’ai mis au profit de cette étude deux approches complémentaires, développées in silico chez la levure modèle Saccharomyces cerevisiae. La première approche utilisée consiste en l’étude d’enzymes de modification dont le recrutement dépend du résidu en position 2 de leurs cibles. Je me suis en particulier intéressée aux N-acétyltransférases. Celles-ci possèdent la même activité enzymatique de N-acétylation, mais ciblent des sous-ensembles distincts de protéines et leurs délétions sont associées à des phénotypes différents, ce qui pose la question du rôle spécifique de chacune dans la physiologie cellulaire. Grâce à l’analyse de données expérimentales relatives à ces enzymes, j’ai caractérisé leur sélectivité globale in vivo et j’ai formellement démontré qu’elles ont effectivement des rôles physiologiques différentiels. La seconde approche utilisée est l’étude de la distribution des acides aminés en position 2 dans le protéome et dans les groupes fonctionnels de protéines définis par la Gene Ontology. Alors que les outils actuels utilisés pour réaliser des analyses de Gene Ontology ne tiennent pas compte de la structure hiérarchique de cette ressource, j’ai développé un algorithme permettant de synthétiser et de visualiser les résultats obtenus par une telle analyse pour en faciliter l’interprétation. Cette approche a permis l’identification de groupes fonctionnels de protéines présentant en position 2 une utilisation d’acides aminés distincte de celle observée dans le protéome à cette position. Ces deux méthodes d’analyse globale ont convergé vers un même résultat, à savoir que les précurseurs mitochondriaux possédant une séquence N-terminale d’adressage (MTS pour mitochondrial targeting sequence) présentent en position 2 une sur-représentation de larges résidus hydrophobes, critique pour leur import à la mitochondrie et permettant leur reconnaissance par la N-acétyltransférase NatC. Le biais d’acides aminés en position 2 des MTS est très conservé dans la lignée des Saccharomycotina et a partiellement évolué chez l’Homme et la plante Arabidopsis thaliana. J’ai de plus mis en évidence l’existence de plusieurs catégories de MTS en fonction de la nature du résidu qu’ils portent en position 2, ce qui peut indiquer une co-évolution de la position 2 des MTS et de leur composition globale et pose la question des propriétés optimales de ces séquences. Enfin, j’ai montré que les peptides signaux de la levure et la séquence N-terminale d’adressage au chloroplaste d’Arabidopsis thaliana présentent également des biais d’acides aminés en position 2, suggérant que le résidu à cette position pourrait jouer un rôle clé dans la reconnaissance de ces séquences par les systèmes d’adressage et d’import associés.