Pyrrolysine (2/2)

Summary
  1. Pyrrolysine
  2. Pyrrolysine, archées et méthanogénèse

Un acide aminé original découvert chez quelques archées et quelques bactéries...

La Pyrrolysine forme le 22e acide aminé protéinogène, découvert relativement récemment par le groupe de Joseph Krzycki (Ohio State University). En 2002, et en s'intéressant à la méthanogenèse particulière des Methanosarcinales (un des ordres d'archées méthanogènes), ce groupe observait en effet une interruption du cadre de lecture des gènes codant pour les methyltransférases dédiées aux méthylamines, et mettait également en évidence la présence d'un acide aminé inhabituel là où la traduction de la protéine, déduite des données du gène, aurait du s'arréter. Les travaux de ce groupe en particulier, ainsi que d'autres dans le monde (notamment Dieter Söll, John F. Atkins,...) ont contribué à comprendre comment cet acide aminé était fabriqué dans la cellule et comment il était incorporé dans les protéines.
(cliquer sur l'image pour accéder au site de J. Krzycki dont cette image est tirée : https://microbiology.osu.edu/people/krzycki.1)

Pyl, essentielle pour des enzymes singulières

La pyrrolysine est retrouvée quasi exclusivement dans des protéines particulières, des enzymes permettant le transfert de groupements méthyles à partir de composés N-méthylés simples, les methylamines : monométhylamine (MMA), diméthylamine (DMA) et triméthylamine (TMA), dont les formules sont représentées ci-contre.

Cet acide aminé y a un rôle fondamental, car il permet la reconnaissance de ces méthylamines et la réaction de transfert d'un de ces groupements méthyles, par des méthyltransférases particulières, MtmB - MtbB - MttB , respectivement pour MMA, DMA et TMA. 

Ci dessous une représentation de la la structure tridimensionnelle de la protéine multimérique MtmB (à droite) dont chaque monomère (au centre) contient un résidu amino-acyl de pyrrolysine / Pyl / O, représenté à gauche.

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Un acide aminé provenant de... 2 fois un acide aminé "classique"

Les travaux de J. Krzycki en particulier ont permis de comprendre d'où provenait cet acide aminé étrange. De nombreuses hypothèses avaient été formulées quant aux moyens qu'utilisaient ces cellules : En particulier, la D-Ornithine avait été suspectée, un acide aminé qui n'est pas protéinogène. En fait, nous savons maintenant que la pyrrolysine, 22e acide aminé protéinogène, provient .... d'un acide aminé protéinogène standard, la lysine (Lys; L), utilisée 2 fois et donnant de la pyrrolysine en seulement 3 étapes catalysées par des enzymes spécifiques, dont une (PylD) très originale.

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Une apparition dans le vivant controversée et .... inconnue

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Comment un tel acide aminé est apparu au cours de l'évolution ? Comment expliquer l'origine de cette exception au code génétique ? D'autant plus que bien que finalement simple, elle nécessite des gènes / protéines bien spécifiques dont il est difficile, pour certaines de déterminer l'origine ou de retrouver des équivalents dans d'autres groupes du vivant.

Initialement, la pyrrolysine n'a été retrouvée que chez quelques rares bactéries (assez différentes évolutivement les unes des autres) et dans toute une famille d'archées méthanogènes, considérées d'origine "récente" (tout est relatif...) par rapport aux autres archées méthanogènes : l'ordre des Methanosarcinales, en particulier la famille des Methanosarcinaceae.

Néanmoins, les données les plus récentes font état de la possibilité de fabriquer / d'encoder la pyrrolysine dans un bien plus large éventail d'êtres vivants, et en particulier chez les archées. Ainsi, nous avons montré la présence d'un système pyrrolysine très différent du modèle canonique archéen (celui des Methanosarcinales) chez les Methanomassillicoccales, tout comme celui retrouvé chez les bactéries. Ceci est décrit plus en détail dans cet article


un code génétique différent pour coder ces enzymes particulières

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Cas d'une Methanomassiliicoccale, Methanomethylophilus alvus

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