Phylogenetic and structural studies uncover the ancestral role of CYP74 clan proteins among proteobacterial P450s
Cette étude utilise des analyses phylogénétiques et structurales des P450 de Proteobacteria pour proposer que les protéines du clan CYP74 constituent la lignée ancestrale de la superfamille, caractérisée par une caractéristique de poche de cystéine à neuf acides aminés conservée qui a été progressivement perdue au cours de l'évolution pour faciliter le métabolisme aérobie et les interactions avec les partenaires redox.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Imaginez une ville bouillonnante de machines microscopiques appelées protéines, chacune ayant un travail spécifique pour maintenir la vie en marche. Parmi les plus importantes se trouvent les Cytochromes P450, ou « P450 » pour faire court. Vous pouvez les considérer comme les maîtres chimistes du monde biologique. Leur mission principale est de prendre des matières premières et de les modifier, souvent en ajoutant de l'oxygène, pour créer les molécules complexes dont les organismes ont besoin pour survivre, croître et communiquer. Pendant longtemps, les scientifiques ont essayé de dessiner un arbre généalogique pour ces P450 afin de comprendre qui est apparenté à qui et comment ils ont évolué. Mais c'est un travail complexe. Il existe des millions de ces protéines dans tous les règnes du vivant, des bactéries aux humains, et elles ont tellement changé au cours de milliards d'années qu'on dirait que l'on essaie de trier une pile de photos de famille déchiquetées où tout le monde se ressemble légèrement différemment. Pour résoudre ce puzzle, les chercheurs ont décidé de zoomer sur un seul quartier : les Proteobacteria, un groupe immense de bactéries. En ne regardant que ces cousins bactériens, ils espéraient éliminer le bruit de fond et trouver les véritables racines de l'arbre généalogique de toute la famille des P450.
L'histoire que raconte cet article est semblable à une enquête de détective sur l'histoire ancienne de ces machines chimiques. Les chercheurs, dirigés par Alexander Grechkin, ont rassemblé un ensemble massif de données comprenant 81 protéines P450 différentes issues de divers types de Proteobacteria. Ils ne se sont pas contentés d'examiner les fonctions de ces protéines ; ils ont examiné leurs plans — leurs séquences d'acides aminés — et ont construit un arbre généalogique détaillé à l'aide de modèles informatiques puissants. La grande question était : laquelle de ces protéines bactériennes est le « grand-parent » de toutes les autres ?
L'enquête a mis au jour un schéma clair qui pointe vers un ancêtre surprenant. L'étude a révélé que le clan CYP74 de protéines se situe tout en bas, ou à la base, de l'arbre évolutif. Cela suggère que les protéines CYP74 sont les représentants les plus anciens de la famille des P450. Mais l'indice le plus fascinant n'était pas seulement leur position sur l'arbre ; c'était une étrange caractéristique physique qu'elles partageaient toutes.
Imaginez la protéine P450 comme une serrure minuscule et complexe. Au milieu de cette serrure, il y a une poche spéciale où une clé (une molécule appelée hème) s'insère. Dans la plupart des P450 modernes, cette poche est lisse et profilée. Cependant, les anciens protéines CYP74 possèdent un étrange morceau de tissu supplémentaire — une « queue » faite d'acides aminés — qui dépasse directement dans cette poche. Les chercheurs ont découvert que cette « queue » est une insertion de neuf acides aminés (ou une insertion de dix acides aminés dans une bactérie très ancienne en apparence appelée Paracoccaceae).
Alors que les chercheurs remontaient l'arbre généalogique, des CYP74 anciens vers leurs descendants plus modernes, ils ont remarqué une tendance fascinante : cette « queue » commençait à rétrécir.
- Le clan CYP5164 (un groupe frère du CYP74) possédait une queue de sept acides aminés.
- La famille CYP152 possédait une queue de quatre acides aminés.
- Un groupe de protéines non classées possédait une queue de trois acides aminés.
- Enfin, les groupes les plus modernes (comme les clans CYP7, CYP4 et CYP51) n'avaient aucune queue.
L'article suggère que cette « queue » n'était pas en fait un ajout survenu plus tard ; c'était plutôt une caractéristique primitive que possédaient les ancêtres, et que leurs descendants avaient progressivement perdue. Pensez à un manteau d'hiver lourd et volumineux. Les tout premiers P450 portaient ce manteau lourd (l'insertion longue) parce qu'ils vivaient dans un monde ancien dépourvu d'oxygène. Mais à mesure que l'atmosphère terrestre changeait et que l'oxygène devenait abondant, ces protéines devaient changer leur façon de fonctionner. Elles devaient interagir avec de nouveaux partenaires (partenaires redox) pour fonctionner dans ce nouveau monde riche en oxygène. Le manteau lourd gênait ! Ainsi, au fil de millions d'années, l'évolution a lentement taillé le manteau, coupant les acides aminés petit à petit jusqu'à ce que les protéines soient profilées et prêtes pour leur nouveau mode de vie aérobie.
L'étude argumente explicitement contre une idée plus ancienne qui suggérait que ces « queues » avaient été ajoutées plus tard pour empêcher les protéines d'interagir avec les mauvais partenaires. Au lieu de cela, les auteurs proposent l'inverse : la queue était l'état originel, et la perdre était l'étape nécessaire pour permettre aux protéines d'évoluer vers les machines dépendantes de l'oxygène que nous voyons aujourd'hui.
En utilisant la protéine CYP74 de la bactérie Paracoccaceae comme point de référence (un « groupe externe »), les chercheurs ont également construit des arbres généalogiques pour les plantes (Arabidopsis) et les animaux (Branchiostoma). Dans les deux cas, les protéines CYP74 apparaissaient toujours à la base de l'arbre, renforçant l'idée qu'elles sont les ancêtres anciens des P450 à travers l'ensemble de l'arbre du vivant, et pas seulement chez les bactéries.
En bref, cet article suggère que la « drôle de queue » trouvée dans les protéines CYP74 est un fossile moléculaire. C'est un vestige des tout premiers P450 qui vivaient sur une Terre pauvre en oxygène. À mesure que la vie a évolué pour respirer l'oxygène, ces protéines se sont débarrassées de leurs queues anciennes pour devenir les chimistes efficaces utilisant l'oxygène qui dirigent la vie aujourd'hui. L'étude ne prétend pas avoir résolu tous les mystères de l'évolution des P450, mais elle fournit une carte solide, étayée par des données, montrant que le clan CYP74 est la racine à partir de laquelle le reste de la famille a grandi.
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