Une fois l'acceptation du substrat et son engagement effectué, le protéasome déplace la chaîne polypeptidique du substrat vers la chambre catalytique.
Le fonctionnement détaillé du protéasome qui suit est tiré en grande partie de l'article Deep classification of a large cryo-EM dataset defines the conformational landscape of the 26S proteasome 2014, mais aussi de nombreux autres.
Vous pouvez aussi voir deux films tirés de cet article : sur les changements de conformation vus de côté et vus du haut du protéasome.
L'anneau OB ou N, structure rigide, est en forme d'entonnoir avec un anneau central comportant un anneau proximal (13 Å) bien plus étroit que l'anneau distal.
Le dépliage du substrat est probablement le résultat d'une translocation forcée à travers cet anneau.
Les grands domaines des domaines AAA+ contiennent deux boucles essentielles aux fonctionnement du protéasome (pore loop).
Ces boucles s'accrochent au substrat et le font avancer comme les pales d'un moteur grâce à l'action ATPasique des Rpt dans la chambre catalytique pour leur dégradation (cf. activité protéolytique du protéasome).
L'anneau ATPase se positionne parallèlement au sommet de l'anneau α du coeur catalytique : translaté (≅6Å), en rotation latérale (≅8°), et moins incliné (≅-3°), ce qui aligne ces deux anneaux.
1. Les extrémités C-terminales de Rpt2, Rpt3 et Rpt5, qui contiennent le motif HbYX, restent ancrés dans leurs poches de liaison respectifs de l'anneau α, entre, respectivement, les sous-unités α3/α4, α1/α2, et α5/α6 (Molecular architecture of the 26S proteasome holocomplex determined by an integrative approach 2011 et Reconstitution of the 26S proteasome reveals functional asymmetries in its AAA+ unfoldase 2013).
Ces interactions semblent statiques et indépendantes des nucléotides liés à ces Rpt.
Par contre, il semblerait que seul le peptide activé de Rpt5 hydrolyse des substrats protéiques (Proteasomal AAA-ATPases: Structure and function 2012). Pour un autre auteur, c'est l'hydrolyse de l'ATP dans Rpt1 qui serait essentiel pour coordonner la translocation (Reconfiguration of the proteasome during chaperone-mediated assembly 2013).
2. Quant aux Rpt1, 4 et 6, elles ne possèdent pas ce motif.
Rpt6 semble lui assurer la bonne position de l'anneau ATPase au sommet de l'anneau α (Reconfiguration of the proteasome during chaperone-mediated assembly 2013).
Cette liaison provoque une rotation des sous-unités et l'ouverture du pore.
1. Pour ce qui est du complexe 11S de la levure (PAN, Proteasome-Activating Nucleotidase), qui, contrairement à RP 19S, ne reconnaît pas l'ubiquitine, c'est le mouvement radial et latéral des boucles contenant Pro17 (reverse turn loop) par les boucles activatrices des extrémités C-terminales de PA26, qui les éloignent de l'entrée du pore (Structural Models for Interactions between the 20S Proteasome and Its PAN/19S Activators 2009 et The pore of activated 20S proteasomes has an ordered 7-fold symmetric conformation 2003).
2. Chez les eucaryotes, le mouvement de basculement des sous-unités α ne nécessite pas forcément la boucle d'activation, ni l'interaction avec Pro17, mais utilise plutôt les interactions de leur résidu C-terminal.
Chez les bactéries, cela se passe un peu différemment suivant trois formations distinctes (Structural basis for the assembly and gate closure mechanisms of the Mycobacterium tuberculosis 20S proteasome 2010).
La liaison du nucléotide modifie la rotation entre les grands et les petits domaines AAA+ des Rpt, et expliquent le mécanisme permettant de relier le cycle ATPasique aux changements conformationnels dans l'anneau hexamérique des Rpt, à l'alignement des anneaux et, enfin à la translocation du substrat.
La force développée est de 20 à 40 pN (ClpX(P) Generates Mechanical Force to Unfold and Translocate Its Protein Substrates 2011).
Si potentiellement, 6 sites peuvent être utilisés pour la liaison de l'ATP, en règle générale, 4 sont pourvus, mais un seul permet le dépliage et la translocation de la protéine pour sa dégradation, ce qui expliquera l'asymétrie de l'anneau (Crystal structures of asymmetric ClpX hexamers reveal nucleotide-dependent motions in a AAA+ protein-unfolding machine 2009).
En outre, les réarrangements conformationnels de l'anneau ne semblent pas non plus être indispensables. Dans ClpX, l'anneau peut rester fermé sans que cela affecte beaucoup la dégradation de la protéine.
Ces changements d'orientation de la spirale ont été aussi observés dans des hélicases - DnaB ou l'AAA+ hélicase E1 - (The Non-planar Structure of DnaB Hexamer with Its Substrates Suggests A Different Mechanism of Translocation 2012) :
De nombreuses communications ont lieu sur ce sujet : ATP binding to neighbouring subunits and intersubunit allosteric coupling underlie proteasomal ATPase function 2015.
Quoi qu'il en soit, il semble que les sous-unités ATPases agissent de manière coordonnée pour hydrolyser l'ATP et ainsi propulser des substrats à travers le canal de translocation.
L'anneau OB ou N est plus translaté de 17,5Å que l'anneau ATPase : Rpn1 se déplace de manière identique.
Les autres modifications sont minimes.
Ces processus permettent la translocation du substrat, sa désubiquitination et le recyclage de l'ubiquitine, et sa protéolyse par le coeur catalytique en oligopeptides de 7 à 8 résidus.
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