Enzymes
Groupe des hydrolases (EC 3)
Phosphatases : protéine phosphatases
Sérine/thréonine phosphatases
Calcineurine (CaN) : vue d'ensemble

Structure de la calcineurine

La calcineurine (EC 3.1.3.16) est une protéine phosphatase sérine/thréonine dépendante du calcium/calmoduline (Calmodulin/Calcineurin Interaction Beyond the Calmodulin-binding Region Contributes to Calcineurin Activation 2019).

La calcineurine est un hétérodimère constitué de deux sous-unités.

1. CNA (calcineurine A) de la souris est la sous-unité catalytique de 521 résidus, de masse moléculaire d'environ 59 kDa (Structures of calcineurin and its complexes with immunophilins–immunosuppressants 2003).

a. CNA comprend plusieurs domaines :

• un domaine phosphatase, résidus 1-346, composé de deux feuillets β flanqués d'une structure mixte α/β d'un côté et d'une hélice α de l'autre côté,
• un domaine hélicoïdal amphipathique (BBH ou B-subunit-binding helix), de liaison avec CNB, i.e. résidus 347-373,
• un domaine de liaison à la calmoduline (CBD), i.e. résidus 390-414 (New Aspects of Calmodulin–Calmodulin Binding Domains Recognition 2013),
• un segment auto-inhibiteur (AIS), i.e. résidus 416-423,
• un domaine autoinhibiteur (AID), résidus 469-486 (Cooperative autoinhibition and multi-level activation mechanisms of calcineurin 2016).

b. Une analyse de la séquence de CNA a identifié quatre régions prédites comme intrinsèquement désordonnées (Predicting intrinsic disorder in proteins: an overview 2009).

• La première région, d'environ 95 résidus, s'étend de l'extrémité du BBH (résidu 373) au début du domaine auto-inhibiteur AID (résidu 469) et contient le domaine de liaison à la calmoduline

• 

  La deuxième région désordonnée de 35 résidus suit l'autre extrémité du peptide auto-inhibiteur, i.e. résidu 486.
• La troisième région désordonnée de 13 résidus est située à l'extrémité N-terminale de la sous-unité A.
• La quatrième région désordonnée de 4 résidus est jointe à la sous-unité B.

Remarque : des travaux ultérieurs ont confirmé expérimentalement le caractère intrinsèquement désordonné du domaine régulateur de CNA, qui joue un rôle essentiel dans les changements conformationnels associés à l'activation de la calcineurine par la calmoduline (Calcineurin 2020).

2. CNB (calcineurine B), sous-unité régulatrice de masse moléculaire de 19 kDa, comprend deux domaines globulaires :

• le domaine 1 (résidus 1-84),
• le domaine 2 (86-169).

Chaque domaine contient une paire de mains EF (EF hand) liant les ions Ca²⁺ similaires à celles de la calmoduline (CaM).

Isoformes de la calcineurine

Chez l'homme, plusieurs gènes codent les sous-unités ( résidus des différentes isoformes) :

• trois gènes pour les sous-unités catalytiques CNA, PPP3CA (CNAα), PPP3CB (CNAβ) et PPP3CC (CNAγ),
• deux gènes pour CNB, PPP3R1 pour CNB1 et PPP3R2 pour CNB2.

Les différentes isoformes de CNA et de CNB présentent une distribution tissulaire préférentielle et peuvent s'associer de manière différentielle.

• CNAα et CNAβ s'associent principalement à CNB1.
• CNAγ et CNB2 sont particulièrement exprimées dans les testicules et participent à des fonctions spécifiques de la lignée germinale mâle.

Activation de la calcineurine

La calcineurine est activée par l'augmentation des concentrations de Ca²⁺ intracellulaire, processus qui nécessite la liaison de la calmoduline et implique des changements conformationnels séquentiels (Interaction of calcineurin with substrates and targeting proteins 2012).

1. À de faibles concentrations en Ca²⁺, CaN est dans un état inactif dans lequel seulement deux sites de liaison à haute affinité sur CNB sont occupés par les ions Ca²⁺.

Le CBD de CNA interagit avec BBH, tandis que l'AIS contribue à bloquer l'accès des substrats et que l'AID bloque le site catalytique (forme I ou conformation au repos).

2. En réponse à des niveaux élevés de calcium, l'occupation des sites de faible affinité sur CNB par Ca²⁺ provoque la dissociation du CBD de BBH, entraînant la transition CaN de l'état de repos à un état partiellement actif (forme II).

3. 3. La liaison ultérieure de la CaM au CBD entraîne le déplacement de l'AIS du site d'ancrage des substrats et de l'AID du site catalytique, conduisant à l'activation de CaN (forme III).

Interactions et rôles de la calcineurine