Constituants cellulaires : protéasome 26S
Fonctionnement : vue d'ensemble

Citation

« La cellule est un lieu parfait pour apprendre à se connaître et pour étudier en permanence et en détail le fonctionnement de son esprit et de ses émotions. »

Nelson Mandela

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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


Les protéasomes sont des complexes enzymatiques multiprotéiques dont le rôle est de découper les protéines (protéolyse) en peptides.

Le fonctionnement du protéasome se fait en plusieurs étapes donc certaines sont simultanées.

1. Le protéasome reconnaît, en général, des protéines polyubiquitinées dont la chaîne comprend au moins 4 ubiquitines et plus par la particule 19S (cf. acceptation du substrat)

La première est liée à la lysine du substrat, la deuxième à une lysine particulière (polyubiquitination)…

Fonctionnement complet du protéasome
Fonctionnement complet du protéasome
(Figure : © vetopsy.fr d'après Lander)

Une fois l'acceptation du substrat effectuée, le processus est lancé. Les événements ne se suivent pas chronologiquement, mais s'effectuent

2. Le protéasome déplace la chaîne polypeptidique du substrat (cf. engagement du substrat), hydrolysant l'ATP en ADP (cycle ATPasique) dans les Rpt de la base de la particule 19S.

3. Il transloque les protéines vers la chambre catalytique (cf. translocation du substrat).

4. Plusieurs processus arrivent alors concomitamment :

Protéasome 26S
Protéasome 26S
(Figure : © vetopsy.fr)

Ce processus lui permet :

  • de remodeler des complexes protéiques en dégradant que la sous-unité sur laquelle il initie la première dégradation, par exemple, en clivant la partie active des protéines-cibles ou un domaine activateur ou inhibiteur dans les voies de signalisation par exemple ;
  • de dégrader les protéines.

Le fonctionnement a été d'abord élucidé pour le complexe régulateur 11S qui a l'avantage d'être constitué par un complexe héxamérique d'AAA+ identiques et qui, en outre, ne reconnaît pas l'ubiquitine.

Celui de la RP 19S est, en gros, similaire (The 1.9 Ã… Structure of a Proteasome-11S Activator Complex and Implications for Proteasome-PAN/PA700 Interactions 2005 et Mechanism of gate opening in the 20S proteasome by the proteasomal ATPases 2008 et Proteasomal AAA-ATPases: Structure and function 2012).

Le fonctionnement détaillé du protéasome 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.

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

Acceptation du substrat

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