Enzymes
Groupe des hydrolases (EC 3)
Phosphatases : protéine phosphatases
Sérine/thréonine phosphatases
Calcineurine (CaN) : interactions et fonctions

Les substrats de cette phosphatase sérine/thréonine dépendante du complexe calcium/calmoduline, activée par l'augmentation des concentrations de calcium intracellulaire, comprennent, sans que cette liste soit exhaustive ( tableau) :

a. des protéines associées :

• au trafic vésiculaire, comme la dynamine, la syndapine, la synapsine…
• aux microtubules,
• aux mitochondries.

b. aux récepteurs et aux canaux ioniques,

c. aux facteurs de transcription.

Le rôle général de la calcineurine dans la signalisation dépendante du Ca²⁺/CaM peut ainsi être résumé par la séquence suivante :

Élévation de la concentration cytosolique de Ca²⁺ ➞ fixation du Ca²⁺ à la calmoduline ➞ liaison de Ca²⁺/CaM à la calcineurine ➞ levée de l'autoinhibition et activation de la calcineurine ➞ déphosphorylation de protéines cibles ➞ modulation de nombreuses fonctions cellulaires.

Rôle dans le trafic vésiculaire

Vue d'ensemble

L'endocytose de masse dépendante de l'activité (ADBE ou activity-dependent bulk endocytosis), également appelée endocytose en vrac dépendante de l'activité, est étroitement couplée à l'activité neuronale et au cycle des vésicules synaptiques (VS).

1. La calcineurine (CaN) couple l'ADBE à l'activité neuronale.

Dans les années 2010, des résultats contradictoires dépendant des expériences sur différents tissus ou espèces avaient été émis, i.e. la CaN et les bloqueurs de la calmoduline peuvent produire des résultats faussement négatifs par leurs effets dépendant du calcium (Calcineurin Is Universally Involved in Vesicle Endocytosis at Neuronal and Nonneuronal Secretory Cells 2014).

2. La calcineurine déphosphoryle de manière coordonnée plusieurs substrats différents lors d'une dépolarisation prolongée des terminaisons nerveuses centrales (les déphosphines), qui jouent tous un rôle essentiel dans l'endocytose des vésicules synaptiques (Calcineurin Is Universally Involved in Vesicle Endocytosis at Neuronal and Nonneuronal Secretory Cells 2014).

C'est le cas, par exemple, de la dynamine, des amphiphysines 1/2, de la synaptojanine (Synj), d'AP180, de l'epsine et de l'EPS15.

3. La calcineurine intervient dans :

• la formation des " bulk endosomes ",

• 

  la formation ultérieure de vésicules synaptiques (VS) par fission à partir de ces endosomes ( régénération des vésicules par les " bulk endosomes ").

Interactions de
la calcineurine

La calcineurine entre en interaction avec de nombreux partenaires.

Dynamine et
syndapine

La calcineurine interagit avec la dynamine et la syndapine (Synaptic vesicle generation from activity-dependent bulk endosomes requires a dephosphorylation-dependent dynamin–syndapin interaction 2019).

1. La calcineurine déphosphoryle la dynamine au niveau des deux principaux sites phosphorylés, i.e. Ser774 et Ser778, lors d'une stimulation intense (The Phospho-Dependent Dynamin–Syndapin Interaction Triggers Activity-Dependent Bulk Endocytosis of Synaptic Vesicles 2009).

• Cette déphosphorylation contrôle l'expansion des pores de fusion (Activity-Dependent Fusion Pore Expansion Regulated by a Calcineurin-Dependent Dynamin-Syndapin Pathway in Mouse Adrenal Chromaffin Cells 2016).
• Les vésicules synaptiques (VS) sont engendrées par fission à partir de " bulk endosome ", ce qui nécessite l'efflux de calcium précédemment accumulé et l'activation de la calcineurine.

2. La phosphorylation de la calcineurine détecte les concentrations calciques et transduit cette information en réponses cellulaires, comme dans l'autophagie ou même la maladie de Parkinson (Selective neuronal vulnerability in Parkinson disease 2017).

Synapsines

Les synapsines sont déphosphorylées par la calcineurine.

1. Lors d’une stimulation neuronale, deux processus sont simultanés.

• Lors d'une stimulation neuronale, l'augmentation du Ca²⁺ cytosolique active la calcineurine, qui participe à la déphosphorylation des synapsines.
• Les synapsines sont également régulées par phosphorylation, en particulier au site 1 (Ser9) par la PKA et aux sites 2 et 3 (Ser568 et Ser605) par CaMKII, ce qui module leur association avec les vé--vésicules synaptiques (VS) et l'actine.

2. L'équilibre entre la phosphorylation par Cdk5 et la déphosphorylation par la calcineurine pourrait contrôler la concentration des VS entre le pool de réserve et le pool de recyclage ( phosphorylation des syndapines et pool de recyclage versus pool de réserve).

Interactions avec les microtubules

La signalisation calcique est liée à la dynamique des microtubules neuronaux et à la neurodégénérescence, en partie par l'intermédiaire de la calcineurine (The protein serine/threonine phosphatases PP2A, PP1 and calcineurin: A triple threat in the regulation of the neuronal cytoskeleton 2017).

1. La CaN est l'une des phosphatases qui déphosphorylent les protéines tau et MAP2.

La phosphorylation de ces protéines contrôle leur liaison aux microtubules et leur capacité à les stabiliser.

2. Dans le cas de tau, son état de phosphorylation résulte de l'équilibre entre l'activité de plusieurs kinases, dont Cdk5, et celle de plusieurs phosphatases, dont la calcineurine.

L'état de phosphorylation de tau module également son association avec les granules de stress (Regulated protein aggregation: stress granules and neurodegeneration 2012).

Autres rôles

1. La CaN se lie aux membres de la famille des NFAT, i.e. Nuclear Factor of Activated T-cells ou facteurs nucléaires des lymphocytes T activés.

a. La déphosphorylation des NFAT par la calcineurine expose leur signal de localisation nucléaire (NLS) et permet leur translocation dans le noyau, entraînant l'activation de différents programmes transcriptionnels (Interaction of calcineurin with substrates and targeting proteins 2008).

b. Les NFAT participent ainsi à différents programmes transcriptionnels dans :

• les neurones (A central role for calcineurin in protein misfolding neurodegenerative diseases 2016),
• les astrocytes (Astrocyte Activation and the Calcineurin/NFAT Pathway in Cerebrovascular Disease 2018),
• le muscle cardiaque et le muscle squelettique où la voie calcineurine–NFAT participe à l'adaptation de l'expression génique aux signaux calciques et au remodelage musculaire (Calcineurin 2020),
• les cellules immunitaires, en particulier les lymphocytes T, où l'inhibition de la voie calcineurine–NFAT par la ciclosporine ou le tacrolimus est à la base de leur action immunosuppressive.

2. La CaN interagit avec plusieurs récepteurs et canaux ioniques qu'elle contribue à réguler et qui contrôlent à leur tour une variété de voies de signalisation.

Par exemple, la CaN déphosphore les récepteurs du glutamate, i.e. AMPAR et NMDAR, et participe ainsi à la régulation de la plasticité synaptique, i.e. la potentialisation synaptique à long terme et la dépression à long terme (Coordination of Protein Phosphorylation and Dephosphorylation in Synaptic Plasticity 2015).

3. La calcineurine interagit avec des protéines impliquées dans la dynamique mitochondriale et déphosphoryle Drp1, favorisant son recrutement à la membrane mitochondriale externe et la fission mitochondriale.

Cette voie peut notamment être activée par l'augmentation du Ca²⁺ cytosolique induite par les catécholamines (Adrenergic Regulation of Drp1-Driven Mitochondrial Fission in Cardiac Physio-Pathology 2018).

4. La calcineurine participe également à la régulation de l'autophagie et de la biogenèse lysosomale en déphosphorylant le facteur de transcription TFEB, ce qui favorise sa translocation nucléaire.