Modifications post-traductionnelles des protéines
Désubiquitination : mécanismes et fonctions

Les DUB (désubiquitinases ou deubiquitinases) sont des protéases qui catalysent la désubiquitination et détachent l'ubiquitine du substrat, permettant ainsi son recyclage.

Mécanismes de la désubiqutination

Les DUB catalysent l'hydrolyse la liaison entre le groupe ε-amine de la lysine du substrat et le groupe carboxyle ($\ce{-C(=O)OH}$) C-terminal de l'ubiquitine porté par la Gly76 (mécanisme de l'ubiquitination).

Protéases à cystéine

Les DUB protéase à cystine ont des domaines papaine-like (Murine coronavirus ubiquitin-like domain is important for papain-like protease stability and viral pathogenesis 2015), ce qui a permis d'expliciter le mécanisme (Crystal structure of a deubiquitinating enzyme (human UCH‑L3) at 1.8 A resolution 1997 et Structure of the A20 OTU Domain and Mechanistic Insights into deubiquitination 2008).

Le processus est identique pour les 4 sous-familles (USP, UCH, OTU et MJD) : elles utilisent deux (Cys et His) ou trois résidus (Cys, His et Asn/Asp) d'acides aminés, constituant une diade ou une triade catalytique (nucléophile, base et acide, en gris sur la figure).

• L'histidine diminue le pKa de la cystéine catalytique pour une attaque nucléophile de la liaison peptidique entre le groupe ε-amine de la lysine du substrat et l'extrémité de l'ubiquitine.
• Dans les triades, Asn ou Asp la positionne correctement. Ce résidu n'est pas indispensable dans certaines DUB (A20).

Ce processus est effectué en deux étapes (cf. mécanisme détaillé).

• Un intermédiaire acyl catalytique (ou acyl-enzyme) est formé dans lequel le groupe carboxyle ($\ce{-C(=O)OH}$) est lié de manière covalente à la cystéine catalytique après le clivage du groupe ε-amine.
• Il est stabilisé par des résidus donneurs d'hydrogène, qui forment un trou oxyanion (en rouge sur la figure). Puis, une molécule d'eau hydrolyse cet intermédiaire pour achever la catalyse.

Métalloprotéases à zinc

Le site catalytique des JAMM/MPN+ contient une triade His, Asp et Ser qui coordonnent deux ions zinc. Leur fonctionnement est identique à celui des cytidine désaminases (MPN+, a putative catalytic motif found in a subset of MPN domain proteins from eukaryotes and prokaryotes, is critical for Rpn11 function 2002).

• Un ion zinc active une molécule d'eau pour former un ion hydroxyde qui est alors capable d'attaquer la liaison isopeptidique (attaque par une molécule d'eau).

• 

  Ce complexe tétraédrique se détruit par élimination du groupe ε-amine de la lysine qui est remplacé par le groupe hydroxyle.

Régulations des DUB

L'activité des DUB est régulée par leurs niveaux d'expression, mais aussi par :

• les modifications post-translationnelles que sont la phosphorylation/déphosphorylation (CYLD par exemple), par leur clivage (USP1 par exemple) ou les activités redox qui influent sur l'histidine de la triade catalytique,
• la liaison à l'ubiquitine par leur domaine UIM (USP25, OTUD5 et ATXN3), ZNF (USP5), WD40 (USP1, USP12 et USP46)…

Fonctions des DUB

Les DUB sont impliqués dans les mêmes processus que ceux de l'ubiquitination (rôles de l'ubiquitination).

Les fonctions des DUB, qui sont évidemment la désubiquitination, peuvent être classées en trois catégories.

1. Les DUB servent à libérer les ubiquitines des chaînes linéaires formées par les différents gènes (UBC, UBB, UBA52 - UBCEP2 - et UBA80 - RPS27A : Ribosomal Protein S27A ou UBCEP1 -).

2. Les DUB détachent l'ubiquitine des protéines qui ont subi cette modification post-traductionnelle pour, par exemple,

• réguler une voie de signalisation,
• stabiliser des protéines pour inhiber leur dégradation protéasomale ou lysosomale (comme pour l'internalisation des récepteurs).

Leur rôle concomitant est alors de recycler l'ubiquitine.

3. Les DUB peuvent aussi modifier la forme de l'ubiquitine par section.

Système ubiquitine-like (UBL)