Helicasa: caractéristiques, structures et fonctions
L' hélicase désigne un groupe d'enzymes de type protéique-hydrolytique très important pour tous les organismes vivants; ils sont aussi appelés protéines motrices. Ils se déplacent dans le cytoplasme cellulaire, convertissant l'énergie chimique en travail mécanique par hydrolyse de l'ATP.
Sa fonction la plus importante est de rompre les liaisons hydrogène entre les bases azotées des acides nucléiques, permettant ainsi leur réplication. Il est important de souligner que les hélicases sont pratiquement omniprésentes, car elles sont présentes dans les virus, les bactéries et les organismes eucaryotes.
La première de ces protéines ou enzymes a été découverte en 1976 dans la bactérie Escherichia coli ; Deux ans plus tard, la première hélicase a été découverte dans un organisme eucaryote, dans des lys.
Actuellement, les protéines d'hélicase ont été caractérisées dans tous les règnes naturels, y compris les virus, ce qui implique qu'une vaste connaissance de ces enzymes hydrolytiques a été générée, de leurs fonctions dans les organismes et de leur rôle mécaniste.
Caractéristiques
Les hélicases sont des macromolécules biologiques ou naturelles qui accélèrent les réactions chimiques (enzymes). Ils se caractérisent principalement par la séparation des complexes chimiques d'adénosine triphosphate (ATP) par hydrolyse.
Ces enzymes utilisent l’ATP pour lier et remodeler les complexes d’acides désoxyribonucléiques (ADN) et d’acides ribonucléiques (ARN).
Il existe au moins 2 types d'hélicases: ADN et ARN.
ADN hélicase
Les ADN hélicases agissent sur la réplication de l'ADN et se caractérisent par la séparation de l'ADN des doubles brins en des simples brins.
ARN hélicase
Ces enzymes agissent dans les processus métaboliques de l’acide ribonucléique (ARN) et dans la multiplication, la reproduction ou la biogenèse ribosomale.
L'hélicase à ARN joue également un rôle clé dans le processus de pré-épissage de l'ARN messager (ARNm) et l'initiation de la synthèse protéique, après la transcription de l'ADN en ARN dans le noyau de la cellule.
Taxonomie
Ces enzymes peuvent être différenciées en fonction de leur homologie dans le séquençage des acides aminés de l'ATPase du domaine des acides aminés central, ou pour des raisons de séquençage partagées. Selon la classification, celles-ci sont regroupées dans 6 superfamilles (SF 1-6):
SF1
Les enzymes de cette superfamille ont une polarité de translocation 3'-5 'ou 5'-3' et ne forment pas de structures annulaires.
SF2
Il est connu comme le plus grand groupe d'hélicases et est composé principalement d'hélicases à ARN. Ils ont généralement une polarité de translocation de 3'-5 'à quelques rares exceptions près.
Ils ont neuf motifs (de motifs anglais, qui se traduisent par "éléments récurrents") de séquences d'acides aminés hautement conservées et, comme SF1, ne forment pas de structures annulaires.
SF3
Ce sont des hélicases ressemblant à des virus et ont une polarité de translocation unique de 3'-5 '. Ils ne possèdent que quatre motifs de séquence hautement conservés et forment des structures ou des anneaux.
SF4
Ils ont été décrits pour la première fois chez des bactéries et des bactériophages. Ils sont un groupe d'hélicases à répliquer ou à répliquer.
Ils ont une polarité de translocation unique de 5'-3 'et cinq motifs de séquence hautement conservés. Ces hélicases sont caractérisées parce qu'elles forment des anneaux.
SF5
Ce sont des protéines du type facteur Rho. Les hélicases de la superfamille SF5 sont caractéristiques des organismes procaryotes et sont hexamériques dépendantes de l’ATP. On pense qu'ils sont étroitement liés à SF4; ils présentent en outre des formes annulaires et non annulaires.
SF6
Ce sont des protéines apparemment liées à la superfamille SF3; cependant, le SF6 présente un domaine de protéines ATPase associé à diverses activités cellulaires (protéines AAA) non présentes dans le SF3.
La structure
Structurellement, toutes les hélicases ont des motifs de séquence hautement conservés dans la partie antérieure de leur structure primaire. Une partie de la molécule a un arrangement particulier d'acides aminés qui dépend de la fonction spécifique de chaque hélicase.
Les hélicases les plus étudiées structurellement sont celles de la superfamille SF1. Il est connu que ces protéines sont regroupées en 2 domaines très similaires aux protéines multifonctionnelles RecA et que ces domaines forment entre eux une poche de liaison à l'ATP.
Les régions non conservées peuvent avoir des domaines spécifiques du type de reconnaissance de l'ADN, du domaine de localisation cellulaire et du domaine protéine-protéine.
Fonctions
ADN hélicase
Les fonctions de ces protéines dépendent d'une grande variété de facteurs, parmi lesquels se distinguent le stress environnemental, la lignée des cellules, le fond génétique et les étapes du cycle cellulaire.
Il est connu que les ADN hélicases de SF1 remplissent des fonctions spécifiques dans la réparation, la réplication, le transfert et la recombinaison de l'ADN.
Ils séparent les chaînes d'une double hélice de l'ADN et participent au maintien des telómeros, aux réparations par rupture du double fil et à l'élimination des protéines associées aux acides nucléiques.
ARN hélicase
Comme mentionné précédemment, les hélicases à ARN sont vitales dans la grande majorité des processus métaboliques de l'ARN, et il est également connu que ces protéines sont impliquées dans la détection de l'ARN viral.
De plus, ils agissent sur la réponse immunitaire antivirale, car ils détectent un ARN étranger ou étranger à l'organisme (chez les vertébrés).
Importance médicale
Les hélicases aident les cellules à surmonter le stress endogène et exogène, en évitant l'instabilité chromosomique et en maintenant l'équilibre cellulaire.
L’échec de ce système ou de cet équilibre homéostatique est lié à des mutations génétiques impliquant des gènes codant pour des protéines du type hélicase; pour cette raison, ils font l'objet d'études biomédicales et génétiques.
Ensuite, nous mentionnerons certaines des maladies liées aux mutations de gènes codant pour l'ADN sous forme de protéines de type hélicase:
Syndrome de Werner
C'est une maladie génétique causée par la mutation d'un gène appelé WRN, qui code pour une hélicase. L'hélicase mutante n'agit pas correctement et provoque une série de maladies qui constituent le syndrome de Werner.
La principale caractéristique de ceux qui souffrent de cette pathologie est leur vieillissement prématuré. Pour que la maladie se manifeste, le gène mutant doit être hérité des deux parents; Son incidence est très faible et il n’existe aucun traitement pour le guérir.
Syndrome de Bloom
Le syndrome de Bloom est une maladie génétique causée par la mutation d'un gène autosomique appelé BLM, qui code pour une protéine hélicase. Il ne survient que chez des individus homozygotes pour ce personnage (récessif).
L'hypersensibilité à la lumière du soleil, qui provoque des lésions cutanées de type éruption érythromateuse, constitue la principale caractéristique de cette maladie rare. Il n'y a pas encore de cure.
Syndrome de Rothmund-Thomson
Il est également connu sous le nom de poikiloderma atrophique congénitale. C'est une pathologie d'origine génétique très rare: à ce jour, moins de 300 cas ont été décrits dans le monde.
Elle est causée par une mutation du gène RECQ4, un gène autosomal à manifestation récessive situé sur le chromosome 8.
Les symptômes ou affections de ce syndrome comprennent des cataractes juvéniles, des anomalies du système squelettique, une dépigmentation, une dilatation capillaire et une atrophie de la peau (poikiloderma). Dans certains cas, une hyperthyroïdie et une insuffisance de la production de testostérone peuvent survenir.
