Constituants cellulaires : protéasome 26S
Fonctionnement : désubiquitination et protéolyse du substrat

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

Pendant la translocation du substrat dans la chambre catalytique, plusieurs processus arrivent concomitamment :

Désubiquitination du substrat

La désubiquitination du substrat se produit en même temps que la translocation et dépend du cycle ATPasique.

Le protéasome ne dégrade pas les ubiquitines (au moins 4) du substrat, mais il les clive pour les recycler.

Rpn11

Rpn11, une désubiquitinase (DUB) de la famille des MNP/JAMM, est au coeur de ce processus.

Déplacements lors de la translocation du substrat
Déplacements lors de la translocation du substrat
(Figure : © vetopsy.fr d'après Lander)

1. Dans les protéasomes libres de tout substrat, Rpn11 est situé sur le côté de l'anneau OB de la base, au-dessus de la superhélice des Rpt5/4.

  • Ce positionnement prévient l'activité de son site catalytique.
  • Par contre, le pore de l'anneau OB ou N est accessible à l'extrémité souple du substrat attaché à un récepteur d'ubiquitine.

2. Lors du déplacement du " couvercle " dans l'engagement du substrat, Rpn11 se décale de 18 Å, si bien que son site catalytique se positionne face au canal central (Conformational switching of the 26S proteasome enables substrate degradation 2013)

Ce processus est ATP-dépendant et est couplé à la translocation du substrat dans la chambre catalytique, qui automatiquement positionne correctement la chaîne d'ubiquitine et le site catalytique : ce processus prévient le retrait prématuré de l'ubiquitine à partir d'un substrat qui n'est pas encore engagé.

Ubp6 et Uch7
Ubp6 et Uch7
(Figure : © vetopsy.fr d'après Bashore et Vanderlinden)

DUB supplémentaires

Des DUB supplémentaires peuvent s'associer de manière réversible au protéasome.

  • Elles semblent attaquer les chaînes d'ubiquitine indépendamment de la dégradation du substrat, les raccourcissant plutôt que les enlevant entièrement.
  • Ceci pourrait contribuer à la discrimination par le protéasome de courtes ou de longues chaînes de polyubiquitines, limiter l'action du protéasome sur ses substrats ou réguler leur dégradation.

Ubp6 de la levure interagit avec la base du protéasome.

Uch37 des mammifères se retrouve aussi dans INO80, régulateur de la transcription et la réparation d'ADN (Distinct Modes of Regulation of the Uch37 Deubiquitinating Enzyme in the Proteasome and in the Ino80 Chromatin-Remodeling Complex 2008).

Le domaine C-terminal de Rpn13 se lie au domaine C-terminal autoinhibiteur de Uch37, qui est lié par son domaine N-terminal à Rpn2 (Structural Basis for the Activation and Inhibition of the UCH37 Deubiquitylase 2014).

USP14 des mammifères aurait un rôle similaire (Enhancement of Proteasome Activity by a Small-Molecule Inhibitor of Usp14 2010).

Hul5/KIAA10, une E3 ubiquitine ligase HECT, qui déploie les chaînes d'ubiquitine sur le protéasome, pourrait coopérer avec ces DUB, mais semble aussi jouer un rôle inhibiteur sur le protéasome en polyubiquitinant Rpn13 (Ubiquitin Chains Are Remodeled at the Proteasome by Opposing Ubiquitin Ligase and Deubiquitinating Activitie 2006 et The Ubiquitin Ligase Hul5 Promotes Proteasomal Processivity 2009) et Autoubiquitination of the 26S Proteasome on Rpn13 Regulates Breakdown of Ubiquitin Conjugates 2014).

Protéolyse du substrat

Reconnaissance et engagement du substrat
Acceptation, engagement et translocation du substrat
(Figure : © vetopsy.fr d'après Lander)

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