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Alors que des centaines de millions de personnes sont infectées par la malaria chaque année, les principaux médicaments pour traiter cette maladie perdent rapidement leur efficacité. Pour développer de nouveaux traitements, les scientifiques scrutent les éléments clés du cycle vital du parasite Plasmodium, dont la protéine kinase G* (PKG).
Identifiée depuis longtemps, peu de détails sont connus sur la structure de cette protéine centrale à plusieurs mécanismes cellulaires. Une équipe de recherche canadienne, incluant des chercheurs de l’INRS, révèle la structure atomique complète de PKG provenant de deux espèces du parasite causant la malaria.
Dans une publication parue dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Science, le professeur à l’INRS Charles Calmettes et les chercheuses de son équipe Majida El Bakkouri et Imène Kouidmi ont contribué à détailler l’agencement des atomes de PKG. Une connaissance approfondie de la structure permet de comprendre les mécanismes d’action de cette importante protéine et d’identifier des cibles pour le développement de médicaments contre la malaria.
Majida El Bakkouri, Imène Kouidmi, Amy K. Wernimont, Mehrnaz Amani, Ashley Hutchinson, Peter Loppnau, Jeong Joo Kim, Christian Flueck, John R. Walker, Alma Seitova, Guillermo Senisterra, Yoshito Kakihara, Choel Kim, Michael J. Blackman, Charles Calmettes, David A. Baker, and Raymond Hui Proceedings of the National Academy of Science, June 24, 2019 (DOI: 10.1073/pnas.1905558116)
The cyclic guanosine-3,5-monophosphate (cGMP)-dependent protein kinase (PKG) was identified >25 y ago; however, efforts to obtain a structure of the entire PKG enzyme or catalytic domain from any species have failed. In malaria parasites, cooperative activation of PKG triggers crucial developmental transitions throughout the complex life cycle. We have determined the cGMP-free crystallographic structures of PKG from Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax, revealing how key structural components, including an N-terminal autoinhibitory segment (AIS), four predicted cyclic nucleotide-binding domains (CNBs), and a kinase domain (KD), are arranged when the enzyme is inactive. The four CNBs and the KD are in a pentagonal configuration, with the AIS docked in the substrate site of the KD in a swapped-domain dimeric arrangement. We show that although the protein is predominantly a monomer (the dimer is unlikely to be representative of the physiological form), the binding of the AIS is necessary to keep Plasmodium PKG inactive. A major feature is a helix serving the dual role of the N-terminal helix of the KD as well as the capping helix of the neighboring CNB. A network of connecting helices between neighboring CNBs contributes to maintaining the kinase in its inactive conformation. We propose a scheme in which cooperative binding of cGMP, beginning at the CNB closest to the KD, transmits conformational changes around the pentagonal molecule in a structural relay mechanism, enabling PKG to orchestrate rapid, highly regulated developmental switches in response to dynamic modulation of cGMP levels in the parasite.
*protéine kinase GMPc-dépendante
