Direction des sciences du vivant

La Thréonine syntase (TS) et l'Aspartate kinase (AK) sont deux enzymes allostériques impliquées dans la voie de synthèse des acides aminés dérivés de l'aspartate. Deux isoformes de TS et trois isoformes d'AK, présentes chez Arabidopsis thaliana, ont été clonées et étudiées au laboratoire. La caractérisation de ces enzymes a mis en évidence, pour les deux TS et pour une isoforme d'AK (AK 1), une sensibilité à la S-adénosylméthionine spécifique aux plantes. Alors que l'activité TS est stimulée par la SAM, l'inhibition de l'activité AK 1 est inhibée par la lysine et la SAM en synergie. Afin d'observer au niveau moléculaire le contrôle de ces activités enzymatiques et de mieux comprendre les différences de sensibilité entre les plantes et les microorganismes, une étude structurale de ces deux enzymes a été entreprise.
La résolution de la structure de la TS d'Arabidopsis thaliana en présence de son cofacteur, le pyridoxal phosphate (PLP), a permis de mettre en évidence une position non classique du PLP pour une enzyme dépendante du PLP de type II, rendant compte de la faible activité et de la faible affinité de la TS pour son substrat en absence d'activateur. La résolution de la structure de la TS en présence de PLP et de SAM a montré que la fixation de l'activateur induit des changements de conformation asymétriques du dimère de TS conduisant à l'activation d'un seul monomère.
La structure de l'AK 1, résolue par la méthode MAD, révèle pour la première fois l'organisation structurale d'une Aspartate kinase. Cette enzyme composée d'un domaine catalytique et d'un domaine régulateur de type ACT, présente un mode d'organisation nouveau pour une enzyme possédant des motifs ACT. L'AK 1 ayant été cristallisée en présence de lysine et de SAM, cette structure présente la forme inhibée de l'enzyme.


Threonine synthase (TS) and Aspartate kinase (AK) are two allosteric enzymes involved in the amino acid derived from aspartate pathway. Two isoforms of TS and three isoforms of AK exist in Arabidopsis thaliana. Kinetics studies shown that S-adenosylmethionine (SAM) is a plant specific allosteric effector of the two isoforms of TS and one isoform of AK (AK 1). TS activity are stimulated by SAM whereas for AK 1 SAM reinforces the inhibition by lysine. In the aim to describe, at a molecular level, the allosteric regulation of these two enzymes and to understand how the SAM specificity appears in plant, we undertake a structural studie of these two proteins.
The crystallographic structure of Arabidopsis thaliana TS complexed with its cofactor, pyridoxal phosphate (PLP) shows that a non classical position of PLP, for a fold II type PLP dependant enzyme, explains the low acticvity and low affinity of TS for its substrate without SAM. The Arabidopsis thaliana TS structure achieved with SAM and PLP reveals asymetric conformational changes leading to the site activation of only monomer in the dimer.
The crystallographic structure of AK 1 displays, for the first time, the structural organisation of an Aspartate kinase. This enzyme, which holds two ACT domains, shows a new kind or organisation for an ACT regulatory domain. This structure was obtained with the two allosteric inhibitors (lysine and SAM) reveals the inactive form of the enzyme.