BIOLOGIE MOLÉCULAIRE. - Fixation de l'actymonicine D sur un palindrome de l'ADN [1].

J. Lejeune

C.R. Acad. Sc. Paris, t. 284 (21 mars 1977).


Résumé :

Un modèle est présenté selon lequel le noyau phénoxazone de l'actinomycine D s'intercale dans un palindrome 5'-T-G-C-A-3', tandis que ses deux peptides cycliques s'adaptent sur les bases exposées dans le grand sillon de l'ADN.

Sommaire

L'ensemble des travaux expérimentaux indique que l'actinomycine D (fig.1) se fixe sur une zone de l'ADN riche en bases G-C, le groupe amino-2 de la guanine étant indispensable (Reich et Goldberg) (2). Remarquant que ce groupe amino-2 de la guanine se projette dans le petit sillon de l'ADN, Sobell (3), a proposé que le noyau phénoxazone s'intercale entre des paires de bases G-C et C-G, les deux peptides cycliques s'étalant sur le petit sillon.

Comme cette disposition soulève certaines difficultés stériques, il paraît intéressant d'envisager une intercalation dans le grand sillon.

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Présentation du modèle et explication de la planche (Fig 1 et 2).

Vu par son grand sillon l'ADN, en conformation dextrogyre selon le modèle de Watson et Crick, est comparable à un escalier en colimaçon auquel la draine désoxyribose-phosphate servirait de rembarde, tandis que le pilier central serait constitué par l'empilement des liaisons hydrogènes maintenant les bases appariées deux à deux.

La partie droite du grand sillon serait alors la volée montante dont chaque base serait une marche à laquelle la partie exposée de la base sus-jacente servirait de contremarche. La partie gauche, correspondant à la face inférieure des marches, serait la volée descendante (ou, plus exactement, une volée montante elle aussi, mais retournée de 180°).

Pour que deux chaînes peptidiques identiques puissent s'appuyer simultanément sur tout le grand sillon, il faudrait que les deux volées fussent elles aussi identiques, et donc que le segment d'ADN considéré fût un palindrome. Il serait alors nécessaire que les deux chaînes polypeptiques fussent, comme les deux volées, opposées l'une à l'autre à 180°. Cette disposition correspond à l'analyse par diffraction des rayons X de l'actinomycine D cristallisée (Sobell, op. cit.).

La définition du palindrome de l'ADN est dictée par la contrainte d'intercalation du noyau phénoxazone entre des paires G-C et C-G et la formule la plus simple est du type 5'-T-G-C-A-3', 3'-A-C-G-T-5'.

Comme le montre la figure 2, l'intercalation, dans le grand sillon, amène le carbonyle du noyau phénoxazone au contact du groupe amino-2 de la guanine sous-jacente et permet au groupe amino-2 de la phénoxazone d'entrer en contact avec l'azote N3 de la guanine d'une part et avec l'oxygène du cycle furanose de l'autre.

Cette disposition satisfait exactement aux critères établis par Kersten (4) et par Reich et Goldberg (2).

De plus on remarque que l'oxygène du noyau central de la phénoxazone vient au contact du groupe amino-2 de la guanine sus-jacente complétant la spécificité.

Après cette mise en place du noyau phénoxazone, les deux chaînes peptidiques viennent s'appliquer tout naturellement sur les volées montante et descendante du palindrome choisi. L'appariement des zones hydrophobes entre elles conduit à un ensemble compact comblant exactement le grand. sillon.

Chaque résidu proline s'appuie sur une contremarche cytosine, chaque sarcosine (glycocolle N--méthylé) surplombe une guanine et chaque L-valine s'appuie sur le méthyle d'une thymine. Enfin les deux D-valines rejoignent en haut et en bas les deux L-valines au voisinage de ce même méthyle de la thymine, tandis que les méthyles des deux thréonines complètent l'appariement médian. On note que si les D-valines étaient remplacées par des L-valines, l'assemblage ne pourrait pas être aussi compact.


Fig.1 - T Actinomycine D représentée en modèle moléculaire S.A.S.M. Le noyau phénoxazone, vertical, surplombe les deux cycles peptidiques, horizontaux, opposés à 180°. L'enchaînement, L-thréonine, D-valine, L-proline, L-N-méthyl-glycine, L-N-méthyl-valine est cyclisé par une liaison lactone entre la thréonine et la N-méthyl-valine.


Fig.2 - ADN représenté en modéle S.A.S.M., vu par le petit sillon, après suppression des chaînes désoxyribose-phosphate pour simplifier l'image. Le noyau phénoxazone, dont on voit les deux méthyles est intercalé entre une paire cytosine-guanine en haut et une paire guanine-cytosine en bas.

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Discussion.

Bien que l'adéquation d'un modèle ne puisse être tenue pour une preuve expérimentale, il semble que la coaptation précise des surfaces et le respect des force ioniques, des forces de Van de Walls et des effets de London, soient nettement en faveur de l'intercalation dans le grand sillon.

On pourrait alors discuter les propositions suivantes :

1. L'inhibition de la synthèse de l'ARN messager par l'actinomycine D résulterait du blocage du grand sillon de l'ADN en conformation dextrogyre.

2. Les palindromes de l'ADN pourraient être reconnus par des protéines comportant des segments peptidiques identiques mais opposés à 180° (association de deux monomères).

3. L'accolement de chaque acide aminé sur une base (correspondant ici à la deuxième lettre du triplet du code de synthèse), suggère qu'il pourrait exister entre la structure locale de l'ADN et la structure peptidique capable de la reconnaître, un " code de congruence " dont le déchiffrement peut être envisagé.


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Notes

(*) Séance du 17 janvier 1977.

(1) - Ce travail a été réalisé avec l'aide du C.N.R.S. (E.R.A. n° 47) et la Fondation Joseph P. Kennedy Jr.

(2) - E. REICH et I. H. GOLDBERG, Prog. Nucleic Acid Res., 3, 1974, p. 183.

(3 ) - H. M. SOBELL, Scientific American, 231, 2, 1974, p. 82.

(4) - W. KERSTEN, Biochem. Biophys. Acta, 47, 1961, p. 610.