Structural, biophysical and enzymatic characterization of a piezo-thermophilic peptidase complex from the deep sea archaeon Pyrococcus horikoshii
Caractérisation structurale, enzymatique et biophysique d'un complexe peptidase piezo-thermophile issue de l'archaea marine abyssale Pyrococcus horikoshii
Résumé
Recently Franzetti et al. discovered a new type of energy-independent self-compartmentalized proteases in Archaea. The particles were named TET for their tetrahedral three-dimensional structure. The TETs self assemble as large molecular weight complexes of about 500kDa. Their role in the organism is yet unknown. In P. horikoshii, a hyperthermophilic Archaea from the deep sea, three TET proteases have been identified (PhTET1, 2 and 3). We have expressed and purified recombinant PhTET3. The enzyme was characterized biochemically and we determined the structure of a PhTET3 12 subunit complex by x-ray crystallography. In order to gain insight into its potential physiological role and to ascertain why there are three TET proteases in P. horikoshii, the structure and the enzymatic properties of PhTET3 have been compared to the two other TET proteases that were characterized before. As self-compartmentalization plays an important role in functioning and regulation of proteases, the factors controlling PhTET3 oligomerization in vitro have been studied by analytical ultracentrifugation and small angle neutron scattering. Finally, under physiological deep sea conditions, the enzyme is exposed to high temperature (up to 100°C) and high pressure. In order to study the limits of stability of large molecular weight assemblies, the low-resolution structure and the enzymatic activity of PhTET3 have been monitored under high pressures and temperatures using small angle x-ray scattering and high-pressure spectrophotometry. Taken together, these studies revealed that the TET proteases of P.horikoshii form an integrated peptide degradation systems and that PhTET3 exhibits unusual stability under high pressure and temperature as well as environment-associated enzymatic properties.
Récemment Franzetti et al. ont découvert un nouveau type de protéases auto-compartimentées indépendantes d'énergie dans les archaeas. Les particules ont été appelées TET pour leurs structures tridimensionnelles tétraédriques. Les TETs forment de grands complexes d'un poids moléculaire d'environ 500kDa. Leur rôle dans l'organisme est pourtant inconnu. Dans P. horikoshii, une Archaea hyperthermophile de la mer profonde, trois protéases TET ont été identifiées (PhTET1, 2 et 3). Nous avons exprimé et purifié PhTET3 recombinante. L'enzyme a été caractérisée biochimiquement et nous avons déterminé la structure d'un complexe de PhTET3 de 12 sous-unités par cristallographie aux rayons X. Afin de mieux comprendre son rôle physiologique potentiel et de s'assurer pourquoi il y a trois protéases TET dans P. horikoshii, la structure et les propriétés enzymatiques de PhTET3 ont été comparées à celles de deux autres protéases TET déjà caractérisées. Puisque l'auto-compartimentage joue un rôle important dans le fonctionnement et la régulation des protéases, les facteurs commandant l'oligomérisation de PhTET3 in vitro ont été étudiés par ultracentrifugation analytique et diffusion de neutrons aux petits angles. Finalement, dans des états physiologiques de mer profonde, l'enzyme est exposée à la haute température (jusqu'à 100°C) et à la haute pression. Afin d'étudier les limites de la stabilité de grands assemblages macromoléculaires, la structure à basse résolution et l'activité enzymatique de PhTET3 ont été mesurées à hautes pressions et à hautes températures en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles et la spectrophotométrie à haute pression. Au total, ces études ont indiqué que les protéases TET de P. horikoshii forment un système intégré de dégradation de peptides et que PhTET3 montre une stabilité exceptionnelle à haute pression et à haute température aussi bien que des propriétés enzymatiques associées aux conditions environnementales.
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