Constituants cellulaires : protéasome 26S
Assemblage du coeur catalytique

Sommaire
  1. Biologie cellulaire et moléculaire
    1. Cellules procaryotes et eucaryotes
    2. Structure générale d'une cellule eucaryote
  2. Constituants de la cellule
    1. Membrane plasmique
    2. Noyau
    3. Cytoplasme
      1. Hyaloplasme
        1. Cytosol
        2. Cytosquelette
          1. Microfilaments d'actine
          2. Filaments intermédiaires
          3. Microtubules
        3. Proteasome
          1. Vue d'ensemble
          2. Structure générale du protéasome 26S
            1. Coeur catalytique : 20S
              1. Coeur catalytique canonique
                1. Anneau α
                2. Anneau β
              2. Alternatives au coeur catalytique canonique
            2. Complexe régulateur 19S
              1. Base du complexe régulateur 19S
                1. Rpt1-6 de la base
                  1. Structure des Rpt
                    1. Domaine N-terminal
                      1. Anneau OB
                      2. Superhélices (coiled-coil) des Rpt (Rpt3/6, Rpt4/5, et Rpt1/2)
                    2. Domaine AAA+
                      1. Anneau ATPase et corps rigides
                      2. Boucles du pore (pore loops)
                        1. Boucle Ar-Φ
                        2. Pore-2 loop
                      3. Extrémités C-terminales
                    3. Canal central
                2. Rpn de la base
                  1. Rpn1 et Rpn2
                  2. Rpn10 et Rpn13
              2. " Couvercle " (lid)
                1. Rpn à domaine PCI : Rpn3, 5, 6, 7, 9, 12 
                2. Rpn à domaine MPN : dimère Rpn11/8
                3. Rpn15
            3. Autres complexes régulateurs
              1. PA200 /Blm10
              2. Complexe 11S
          3. Assemblage du protéasome 26S
            1. Assemblage du coeur catalytique
              1. Anneau α
              2. Anneau β
            2. Assemblage du complexe régulateur 19S
              1. Assemblage de la base
                1. RAC (RP Assembly Chaperones)
                2. Ordre d'assemblage
                3. Action du coeur catalytique
              2. Assemblage du " couvercle " (lid)
          4. Fonctionnement du protéasome
            1. Acceptation du substrat
              1. Rpn10 et Rpn13
              2. Récepteurs alternatifs d'ubiquitine
            2. Engagement du substrat
              1. Déplacement du " couvercle " (lid)
              2. Déplacement de la base
            3. Translocation du substrat
              1. Positionnement de l'anneau ATPase
              2. Positionnement de l'anneau OB
            4. Désubiquitination du substrat
              1. Rpn11
              2. DUB supplémentaires
            5. Protéolyse du substrat
      2. Morphoplasme : organites
        1. Réticulum endoplasmique
        2. Appareil de Golgi
        3. Mitochondries
        4. Lysosomes
        5. Endosomes
        6. Peroxysomes
  3. Matrice extracellulaire
  4. Reproduction cellulaire
    1. Cycle cellulaire
    2. Mitose
    3. Méiose
  5. Biochimie
  6. Transport membranaire
  7. Moteurs moléculaires
  8. Voies de signalisation

Bibliographie

Des protéines chaperons assemblent le protéasome 26S, mais n'ont aucune activité dans son fonctionnement. On en compte une dizaine (Molecular Architecture and Assembly of the Eukaryotic Proteasome 2013).

Les protéines chaperons (chaperons moléculaires) sont des molécules qui assistent d'autres protéines pour leur maturation en facilitant leur pliage ou leur dépliage, ou d'autres structures macromoléculaires pour leur assemblage ou leur démontage.

Cet assemblage s'effectue indépendamment pour le coeur catalytique et le complexe régulateur.

Assemblage du coeur catalytique

Dans la plupart des espèces, l'assemblage de coeur catalytique 20S se produit dans l'ordre suivant :

Anneau α

Les dimères Pba1/Pba2, Pba3/Pba4 (Proteasome biogenesis-associated protein ou POC) chez la levure, appelées PAC1/4 (Proteasome Assembly Chaperone) chez l'Homme, sont essentielles à la formation de l'anneau α in vitro et in vivo (Assembly Mechanisms of Specialized Core Particles of the Proteasome 2014).

1. Pba1/Pba2 interagissent directement avec α4, α5, α6 et α7 pour favoriser l'assemblage dans une bonne position des sous-unités α (Structure of a Proteasome Pba1-Pba2 Complex Implications for proteasome assembly, activation and biological function 2012).

Pba1/Pba2 se lie par leur motif HbYX de leur extrémité C-terminale (comme les domaines AAA des Rpt) dans la poche α5/α6 et α6/α7 respectivement (cf. positionnement de l'anneau ATPase).

Les extrémités N-terminales de α5, α6 et α7 sont séquestrées dans une poche de Pba1/Pba2, ce qui favorise la formation correcte du complexe en laissant les résidus N-terminaux de α2 et α3 plus enfouis.

On ne connait pas exactement la chronologie de l'incorporation des sous-unités.

2. Pba3/Pba4, qui se lie du côté opposé à Pba1/Pba2 (directement sur α5, mais aussi sur α4 et α6), permet l'association correcte d'α4 sur l'anneau (Pba3–Pba4 heterodimer acts as a molecular matchmaker in proteasome α-ring formation 2014).

Pba3/4 et ses liaisons
Pba3/4 et ses liaisons
(Figure : © vetopsy.fr d'après Takagi)

La perte de Pba3/Pba4 remplace α4 par α2.

Pba3/Pba4 se dissocie de l'assemblage lors de l'addition des sous-unités β (cf. plus bas), car c'est sur cette surface que vont se lier β4, β5, and β6 (Crystal structure of a chaperone complex that contributes to the assembly of yeast 20S proteasomes 2008).

Anneau β

Ump1 (Ubiquitin–mediated proteolysis ou POMP - hUmp1/UMP1 - chez l'Homme) joue un rôle dans l'assemblage du protéasome en coopération avec les sous-unités β (β-Subunit appendages promote 20S proteasome assembly by overcoming an Ump1-dependent checkpoint 2007).

1. β2 se lie avec Ump1 chez l'Homme et se fixe sur l'anneau α pour l'incorporation séquentielle des sous-unités β,

2. Puis, β3 est incorporé grâce au propeptide et à l'extrémité C-terminale de β2 et provoque la libération de PAC3/PAC4 de l'anneau α : se trouvant du même côté, il gênerait l'assemblage (Role of C-terminal Extensions of Subunits β2 and β7 in Assembly and Activity of Eukaryotic Proteasomes 2004).

β2 et β7 avec leurs extensions C-terminales
β2 et β7 avec leurs extensions C-terminales
(Figure : © vetopsy.fr d'après Ramos)

3. L'incorporation des autres sous-unités β4, β5, β6, β1 produit la formation d'un complexe précurseur, appelé " half-mer ", constitué de l'anneau α, β (sans β7), Ump1 et PAC1/PAC2 (15S intermédiaire).

À ce stade, les sous-unités β1, β2, β5, β6 possèdent toujours leur propeptides N-terminaux qui semblent jouer un rôle de chaperons intramoléculaires, surtout ceux de β2 et de β5 (Dissecting β-ring assembly pathway of the mammalian 20S proteasome 2008 et Structure, Assembly and Homeostatic Regulation of the 26S Proteasome 2010).

  • Le propeptide de β5 est essentiel pour son incorporation dans l'anneau β de la levure, mais pas chez l'homme où il participe au recrutement de β6 : il joue aussi un rôle dans la dimérisation.
  • Les propeptides de β1 et de β2 (ainsi que celui de β5) inhibe leur activité protéolytique qui détruirait l'assemblage à ce stade précoce.
  • L'extrémité C-terminale de β2 qui s'enroule autour de β3 est essentiel pour la biogenèse du protéasome.

Chez la levure, c'est après la liaison de β2, β3 et β4 avec l'anneau α, le complexe s'appelant 13S, que Ump1 intervient.

Ump1, molécule non structurée, recouvre la cavité intérieure de complexe, le long de l'interface entre les sous-unités α et β (Biochemical and biophysical characterization of recombinant yeast proteasome maturation factor ump1 2013).

4. Puis, β7 est incorporé ce qui provoque :

Chez la levure, un autre scénario pourrait conduire à ce que Pba1/Pba2 soit expulsé de l'anneau α par la restructuration de l'anneau β qui resserrerait l'anneau α. Pba1/Pba2 serait alors recyclé pour participer à un nouvel assemblage (Proteasome assembly from 15S precursors involves major conformational changes and recycling of the ​Pba1–​Pba2 chaperone 2014).

ZPAC et assemblage du protéasome lors de la MBT
ZPAC et assemblage du protéasome lors de la MBT
(Figure : © vetopsy.fr)

Ce scénario de l'agrégation des sous-unités β peut être un peu différent dans les immunoprotéasomes et les thymoprotéasomes (Assembly Mechanisms of Specialized Core Particles of the Proteasome 2014).

Remarque : lors du développement embryonnaire, après la mi-blastulation (MBT : MidBlastula Transition), étape de la segmentation à partir de laquelle la transcription génique zygotique se met en marche, les protéines maternelles doivent être dégradées massivement pour laisser les protéines synthétisées par l'embryon faire leur office. L'assemblage des protéasomes est fortement activée par ZPAC (Zygote-specific CP assembly chaperone), qui se lie directement à Ump1 (Mouse zygote-specific proteasome assembly chaperone important for maternal-to-zygotic transition 2013 et The Ubiquitin-proteasome System in the Maternal-to-zygotic Transition 2013).

Assemblage du complexe régulateur 19S

Biologie cellulaire et moléculaireMembrane plasmiqueNoyauCytoplasme
Réticulum endoplasmiqueAppareil de GolgiMitochondries
EndosomesLysosomesPeroxysomesProtéasomes
CytosqueletteMicrofilaments d'actineFilaments intermédiairesMicrotubules
Matrice extracellulaireReproduction cellulaireBiochimieTransport membranaire
Moteurs moléculairesVoies de signalisation

Bibliographie
  • Marieb E. N. - Anatomie et physiologie humaines - De Boeck Université, Saint-Laurent, 1054 p., 1993
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014