NMR study of the creatine kinase muscle and a new binding domain in the protein ubiquitin STAM 2

Étude par RMN de la créatine kinase musculaire et d’un nouveau domaine de liaison à l’ubiquitine dans la protéine STAM2

Gwladys Rivière (1)

1 ISA - Institut des Sciences Analytiques

In this thesis, we study two proteins by NMR: the muscular creatine kinase (CK-MM) and the SH3 domain of STAM2 protein, in the free and complexed forms. CK-MM is an active homodimeric enzyme which belongs to the guanidino-phosphagen-kinase family. This enzyme is involved in energetic process in the cell. The aim of this study is to elucidate the functional mode of the CK-MM. For this purpose, we measured R1 and R2 relaxation rates and chemical shit perturbation experiments on the substrate-free CK-MM, the CK-MM/MgADP complex, and the inhibitory ternary complex CK-MM/MgADP-creatine-nitrate. The experiments show that the loop 320s, specific recognition of the substrates, possesses a fast dynamic in absence of substrates (in the order of nano-picosecond) and a slower dynamic in presence of creatine-MgADP-nitrate ion. The binding of the substrate in the two active sites induces of significant conformational modification of the CK-MM. STAM2 protein consists in two ubiquitin binding domains (VHS and UIM) and a SH3 domain which interacts with deubiquinating enzymes AMSH and UBPY. This protein is involved in the lysosomal degradation pathway. The aim of this study is the characterization of the interaction between SH3 domain of STAM2 and ubiquitin. For this, we recorded the R1, R2, nOes relaxation experiments and chemical shift perturbation experiments on the UIM-SH3/ubiquitin complex. These experiments show that SH3 and UIM domains interact each with a single ubiquitin, with affinity of the order of hundred micromolars. The interface between these UBDs and ubiquitin, involves mainly hydrophobic and conserved amino-acids

Au cours de cette thèse, nous avons étudié deux protéines par RMN : la créatine kinase musculaire (CK-MM) et le domaine UIM-SH3 de la protéine STAM2, seuls ou en interaction avec leurs partenaires. La CK-MM est une enzyme active sous forme dimérique. Elle appartient à la famille des guanidino-kinases et intervient dans le processus énergétique de la cellule. Le but de l’étude était d’élucider le mode de fonctionnement de la CK-MM. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de relaxation R1, R2 et des expériences de perturbation de déplacement chimique sur la CK-MM libre et complexée avec MgADP et sous forme TSAC. Ces expériences montrent que la boucle 320s, spécifique à la reconnaissance des substrats, possède une dynamique rapide en absence de substrats et une dynamique ralentie en présence de substrats. La fixation des substrats dans les sites actifs de la CK-MM induit des modifications conformationelles importantes. La protéine STAM2 est composée de deux UBDs : VHS, et UIM et d’un domaine SH3 connu pour interagir avec des déubiquitinases UBPY et AMSH. Cette protéine est impliquée dans la voie de dégradation lysosomale. L’objectif de cette étude est la caractérisation du complexe SH3/ubiquitine. Pour cela, nous avons enregistré des expériences de perturbation de déplacement chimique et de relaxation R1, R2 et nOes sur le complexe UIM-SH3/ubiquitine. Ces expériences mettent en évidence que les domaines UIM et SH3 sont capables d’interagir chacun avec une ubiquitine, avec une affinité de l’ordre de la centaine de micromolaire. L’interface entre les UBDs et l’ubiquitine implique majoritairement des résidus hydrophobes et conservés

Mots clés: Protein-protein and protein-ligands interaction by NMR; Creatine kinase; Transition state analogue complex (TSAC); Ubiquitin interacting motif (UIM-SH3); Signal transducing adaptator molecular 2 (STAM2); Ubiquitin specific protease Y (UBPY); Deubiquitinase

Mots clés: Interaction protéine-protéine et protéine-ligands par RMN; Créatine kinase; Analogue de l'intermédiaire de transition catalytique (TSAC); Motif d'interaction à l'ubiquitine (UIM-SH3); Transduction de l'adaptateur du signal moléculaire 2 (STAM2); Ubiquitine protéase spécifique Y (UBPY); Déubiquitinase

Domaines: Sciences agricoles

Gwladys Rivière. Étude par RMN de la créatine kinase musculaire et d’un nouveau domaine de liaison à l’ubiquitine dans la protéine STAM2. Sciences agricoles. Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. Français. ⟨NNT : 2011LYO10285⟩. ⟨tel-00861128⟩