Quel(s) Ribonucléotide(s) Réductase(s) Chez Les Organismes (Hyper)Thermophiles?

J. RIERA, E. MULLIEZ, M. FONTECAVE
LEDDS, Université J. Fourier, BP 53 38041 Grenoble Cedex 9
Les quatre désoxyribonucléotides sont les précurseurs de l'ADN, en tant que substrats de l'ADN polymérase. Ils sont synthétisés de façon très contrôlée par un groupe d'enzymes appelées ribonucléotides réductases qui catalysent la réduction des ribonucléotides en désoxyribonucléotides. Du fait de la position centrale de ces enzymes dans le métabolisme de l'ADN, toute inhibition de l'activité ribonucléotide réductase conduit à une inhibition de la synthèse de l'ADN et donc à un arrêt de la croissance cellulaire. Jusqu'à présent trois classes de ribonucléotides réductases ont été identifiées et isolées de différents organismes : - Les enzymes de la classe I sont présentes chez certains microorganismes comme Escherichia coli et chez tous les animaux supérieurs, les plantes et les virus (Herpès simplex). Ces systèmes sont tous constitués de deux protéines. La sous unité R1 contient le site de fixation du substrats, le ribonucléotide et les cystéines du site actif qui transfèrent les électrons fournis par la thioredoxine au substrat. R1 contient également des sites pour des effecteurs allostériques qui contrôlent la spécificité de substrat et l'activité. La sous unité R2 contient un centre ferrique et un radical tyrosinyle, absolument nécéssaires à l'activité de l'enzyme. Par des transferts d'électrons à longue distance d'une sous unité à l'autre, le radical sert à activer le substrat. Récemment, les structures tridimensionnelles de R1 et R2 ont été déterminées. - Les enzymes de la classe II n'ont été trouvées jusqu'à présent que dans les procaryotes. Il s'agit de monomères ou dimères qui contiennent dans leur site actif des cystéines très homologues de celles de la sous unité R1, du point de vue de leur structure et de leur fonction. Comme pour R1 ces cystéines sont réduites par la thioredoxine. L'enzyme fonctionne par l'adenosyl cobalamine comme cofacteur, celui-ci servant de source de radicaldésoxyadenosyle qui, comme le radical tyrosinyle dans R2, est nécessaire à l'activation du substrat. - Les enzymes de la classe III ont été trouvées chez les organismes anaérobes. Le système le mieux connu est celui d'E. coli, un anaérobe facultatif. Sa caractérisation est cependant incomplète et son mécanisme d'action n'est pas connu. La ribonucléotide réductase est un homodimère qui contient un centre fer-soufre et un radical glycinyle stable en atmosphère inerte absolument essentiels à l'activité enzymatique. La formation de ce radical dépend de la présence de la S-adenosylmethionine. Il est maintenant bien établi que le donner d'électrons n'est pas la thiorédoxine mais le formiate. La ribonucléotide réductase est considérée comme une enzyme centrale de l'évolution. En effet, il est admis que la vie s'est d'abord développée sans ADN, l'ARN jouant le rôle de support génétique et peut-être de catalyseur (ribosymes). Le passage de ce "monde à ARN" au "monde à ADN" actuel a requis l'apparition d'une capacité chimique permettant la réduction de ribonucléotides (ou oligoribonucléotides) en desoxyribonucléotides, c'est à dire exactement d'une activité de type ribonucléotide réductase. L'absence d'informations concernant la structure des ribonucléotides réductases d'archaebactéries et de thermophiles nous a conduit à étudier les systèmes de biosynthèse des précurseurs de l'ADN chez Sulfolobus acidocaldarius et Pyrococcus furiosus. Les premiers résultats, mettant en évidence une enzyme de classe II chez S. acidocaldarius seront discutés. Par ce type de démarche, on peut penser "s'approcher" de la ribonucléotide réductase "primitive" qui a permis le passage du "monde à ARN" au "monde à ADN".

Références
  1. M. Fontecave, P. Nordlund, H. Eklund, P. Reichard (1992)
    The redox centers of ribonucleotide reductase from Escherichia coli.
    Advances in Enzymology, 65, 147-183.
  2. E. Mulliez, M. Fontecave, J. Gaillard, P. Reichard (1993) An iron-sulfur center and a free radical i the active anaerobic ribonucleotide reductase of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 268, 2296-2299.
  3. E. Mulliez, S. Ollagnier, M. Fontecave, R. Eliasson, P. Reichard (1995) Formate as hydrogen donor for the anaerobic ribonucleotide reductase from Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. 92, 8759.