HELICASA: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURES ET FONCTIONS - ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE - 2025

L' hélicase fait référence à un groupe d'enzymes de type protéine-hydrolytique qui sont très importantes pour tous les organismes vivants; elles sont également appelées protéines motrices. Ceux-ci se déplacent à travers 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.

Enzymes impliquées dans la réplication d'Escherichia coli. Tiré et édité de César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

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 plantes de lys.

Actuellement, les protéines hélicases ont été caractérisées dans tous les règnes naturels, y compris les virus, ce qui implique qu'une vaste connaissance a été générée sur ces enzymes hydrolytiques, leurs fonctions dans les organismes et leur rôle mécaniste.

caractéristiques

Les hellicases sont des macromolécules biologiques ou naturelles qui accélèrent les réactions chimiques (enzymes). Ils sont principalement caractérisés par la séparation des complexes chimiques d'adénosine triphosphate (ATP) par hydrolyse.

Ces enzymes utilisent l'ATP pour lier et remodeler des complexes d'acides désoxyribonucléiques (ADN) et d'acides ribonucléiques (ARN).

Il existe au moins 2 types d'hélicases: l'ADN et l'ARN.

ADN hélicase

Les hélicases ADN agissent dans la réplication de l'ADN et sont caractérisées par la séparation de l'ADN double brin en simples brins.

Hélicase ARN

Ces enzymes agissent dans les processus métaboliques de l'acide ribonucléique (ARN) et dans la multiplication, la reproduction ou la biogenèse ribosomale.

L'ARN hélicase est également clé dans le processus de pré-épissage de l'ARN messager (ARNm) et l'initiation de la synthèse des protéines, après transcription de l'ADN en ARN dans le noyau cellulaire.

Taxonomie

Ces enzymes peuvent être différenciées en fonction de leur homologie de séquençage d'acides aminés avec le domaine central de l'ATPase d'acides aminés, ou par des motifs de séquençage partagés. Selon la classification, celles-ci sont regroupées en 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 cycliques.

SF2

Il est connu comme le groupe le plus large d'hélicases et est principalement composé d'hélicases à ARN. Ils ont une polarité de translocation généralement 3'-5 'à très peu d'exceptions.

Ils ont neuf motifs (de motifs anglais, qui se traduisent par des "éléments récurrents") de séquences d'acides aminés hautement conservées et, comme SF1, ne forment pas de structures cycliques.

SF3

Ce sont des hélicases caractéristiques 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 cycliques ou des anneaux.

SF4

Ils ont d'abord été décrits dans les bactéries et bactériophages. Ils sont un groupe d'hélicases réplicatives ou réplicatives.

Ils ont une polarité de translocation unique de 5'-3 ', et ont cinq motifs de séquence hautement conservés. Ces hélicases se caractérisent par la formation d'anneaux.

SF5

Ce sont des protéines de type facteur Rho. Les hélicases de la superfamille SF5 sont caractéristiques des organismes procaryotes et dépendent de l'ATP hexamérique. On pense qu'ils sont étroitement liés au SF4; en outre, ils ont des formes annulaires et non annulaires.

SF6

Ce sont des protéines apparemment liées à la superfamille SF3; cependant, les SF6 présentent un domaine de protéines ATPase associé à diverses activités cellulaires (protéines AAA) non présentes dans SF3.

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 d'acides aminés particulier qui dépend de la fonction spécifique de chaque hélicase.

Les hélicases les plus structurellement étudiées sont celles de la superfamille SF1. Ces protéines sont connues pour se regrouper en 2 domaines très similaires aux protéines RecA multifonctionnelles, et ces domaines forment une poche de liaison ATP entre eux.

Les régions non conservées peuvent avoir des domaines spécifiques tels que le type de reconnaissance d'ADN, le domaine de localisation cellulaire et la protéine-protéine.

Structure cristalline du complexe eIF4A-PDCD4. Dimère EIF4A1 de la sous-unité Helicase, lié à PDCD4 (cyan). Tiré et édité de: AyacopPlease flattr this, from Wikimedia Commons.

Caractéristiques

ADN hélicase

Les fonctions de ces protéines dépendent d'une grande variété de facteurs, parmi lesquels le stress environnemental, la lignée cellulaire, le patrimoine génétique et les étapes du cycle cellulaire.

Les hélicases d'ADN SF1 sont connues pour jouer des rôles spécifiques dans la réparation, la réplication, le transfert et la recombinaison de l'ADN.

Ils séparent les brins d'une double hélice d'ADN et participent à l'entretien des télomères, à la réparation des cassures double brin et à l'élimination des protéines associées aux acides nucléiques.

Hélicase ARN

Comme mentionné précédemment, les hélicases à ARN sont vitales dans la grande majorité des processus métaboliques de l'ARN, et ces protéines sont également connues pour participer à la détection de l'ARN viral.

De plus, ils agissent dans la réponse immunitaire antivirale, car ils détectent l'ARN étranger ou étranger (chez les vertébrés).

Importance médicale

Les hellicases aident les cellules à surmonter le stress endogène et exogène, empêchant l'instabilité chromosomique et maintenant l'équilibre cellulaire.

L'échec de ce système ou équilibre homéostatique est lié à des mutations génétiques qui impliquent des gènes codant pour des protéines de type hélicase; pour cette raison, ils font l'objet d'études biomédicales et génétiques.

Ci-dessous, nous mentionnerons certaines des maladies liées aux mutations dans les gènes codant pour l'ADN sous forme de protéines de type hélicase:

Syndrome de Werner

C'est une maladie génétique causée par une mutation dans un gène appelé WRN, qui code pour une hélicase. L'hélicase mutante ne fonctionne pas correctement et provoque un certain nombre de maladies qui composent ensemble 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 sa guérison.

Syndrome de Bloom

Le syndrome de Bloom est une maladie génétique résultant de la mutation d'un gène autosomique appelé BLM qui code pour une protéine hélicase. Il ne se produit que pour les individus homozygotes pour ce caractère (récessif).

La principale caractéristique de cette maladie rare est une hypersensibilité au soleil, qui provoque des lésions cutanées de l'éruption érythromateuse. Il n'y a pas encore de remède.

Syndrome de Rothmund-Thomson

Il est également connu sous le nom de poïkilodermie atrophique congénitale. C'est une pathologie d'origine génétique très rare: à ce jour, moins de 300 cas sont décrits dans le monde.

Elle est causée par une mutation du gène RECQ4, un gène autosomique récessif situé sur le chromosome 8.

Les symptômes ou conditions de ce syndrome comprennent des cataractes juvéniles, des anomalies du système squelettique, une dépigmentation, une dilatation capillaire et une atrophie de la peau (poïkilodermie). Dans certains cas, une hyperthyroïdie et un déficit de la production de testostérone peuvent survenir.

Références

1. RM Brosh (2013). Hélicases à ADN impliquées dans la réparation de l'ADN et leurs rôles dans le cancer. Nature Reviews Cancer.
2. Hélicase. Récupéré de nature.com.
3. Hélicase. Récupéré de en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Syndrome de Rothmund-Thompson (poïkilodermie atrophique congénitale) chez une femme enceinte. Clinique et Recherche en Gynécologie et Obstétrique.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Structure et mécanismes des hélicases à ADN SF1. Les progrès de la médecine expérimentale et de la biologie.
6. Syndrome de Bloom. Récupéré de Medicina.ufm.edu.
7. M. Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Structure et mécanisme des hélicases et translocases d'acide nucléique. Revue annuelle de biochimie.