UE 1 : Bases moléculaires et cellulaires des pathologies – BiochimiePr Hélène CavéLe 13/10/2017 de 10h30 à 12h30Ronéotypeuse : Raffalli Marie-CatherineRonéolectrice – Ronéoficheuse : Mannino Anaïs

Cours 6 : Modifications post-traductionnelles

des protéinesou comment faire plus avec moins...

Ronéo 3 – cours 6 UE1 1/14

I. L'épissage alternatif

II.Protéomique et spectrométrie de masse

III. Les modifications post-traductionnelles

A) DéfinitionB) Les différentes modifications post-traductionnellesC) Modifications post-traductionnelles des histones

1) Acétylation des histones Compactage et transcription, le dilemme de la chromatine2) Méthylation des histones

D) Acétylation de P53

IV. Dégradation des protéines par le système ubiquitne-proteasome

A) Le système UbiquitineB) Mécanismes de dégradation des protéines endogènesC) Rôle du système Ubiquitine – ProtéasomeD) Inhibiteurs du protéasomeE) L'ubiquitination : pas toujours un signal de dégradationF) Système pseudo-ubiquitine

V. Code des modifications des protéines

Conclusion : Le protéome, une entité dynamique et complexe

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La grande diversité des activités cellulaires, des actions biologiques, est surprenante au regard du faiblenombre de gènes qui codent les protéines (23.000gènes environ dans un génome). Elle peut s’expliquer pardeux phénomènes :

→ L’organisation modulaire des gènes qui permet d’augmenter la diversité du transcriptome parépissage alternatif.→ Les nombreuses modifications post-traductionnelles qui augmentent de façon importante lespotentialités fonctionnelles des protéines.

I. L'épissage alternatif

Pendant longtemps, le dogme de départ était qu’un seul et même gène était à l'origine de la synthèse d'uneseule et même protéine. Le gène transcrit dans le noyau donnait un seul ARN messager immature quimaturait, puis migrait vers le cytoplasme pour être traduit en une seule protéine.

Mais compte tenu du nombre limité de gènes comparé à la grande diversité des protéines, les recherchesscientifiques ont montré qu’il existait un processus permettant d'obtenir plusieurs ARNs messagers et doncplusieurs protéines à partir d'un seul gène : l'épissage alternatif. Il est le premier degré de diversité auniveau du transcriptome (ce qui est issu de la transcription des gènes) et contribue, à partir d'un nombrelimité de gènes, à assurer les fonctions multiples et variées du vivants. Ceci veut donc dire qu'on ne peutpas tout anticiper avec la seule connaissance du génome : de nombreux autres mécanismes entrent en jeudans la synthèse et les fonctions des protéines.

Les gènes ont une organisation modulaire en exons, parties codantes, et en introns qui eux sont noncodants. L’ARN immature transcrit à partir de l’ADN subit un épissage, qui est un processus dematuration. En fait, on lui retire des introns et/ou des exons pour arriver à la formation d'un ARN maturequi sera traduit en protéine. Selon les exons (et des fois les introns) que l'on va éliminer ou conserver, onn'obtiendra pas les mêmes ARNm et les protéines synthétisées seront donc forcément différentes.

Il existe cinq types d’épissage alternatif :

Cassette d’exon L’exon peut être éliminé ou conservé.

Exon mutuellement exclusifL’un ou l’autre des exons peut être conservé, mais pas les deux en mêmetemps.

Site alternatif d’épissage en 5’Une partie codante en 5’ peut être conservée ou éliminée.

Site alternatif d’épissage en 3’Une partie codante en 3’ peut être conservée ou éliminée.

Rétention d’intronOn conserve un intron au lieu de l’éliminer : il est traduit.

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Remarque : il existe aussi des promoteurs alternatifs et des sites alternatifs de polyadénylation qui sontdeux autres sources de diversité.

D’abord considéré comme un mécanisme rare et anormal, on sait maintenant que c’est un phénomènephysiologique régulé et très fréquent (chez l’Homme, un gène donne en moyenne quatre transcrits, et22.000 gènes environs subissent l’épissage alternatif).

On obtient une diversité fonctionnelle illimitée du protéome (ensemble des protéines) grâce à lamodification du transcriptome. L'épissage permet :

- Des modifications de la stabilité des transcrits,- Un changement de la localisation de la protéine codée : par exemple, conserver ou éliminer unexon fera qu'une protéine disposera ou non d'un site de fixation à la membrane plasmique,- Des modifications des domaines d'interactions,- Des modifications directes de la fonction biologique des protéines.

II. Protéomique et spectrométrie de masse

La protéomique est l’étude à grande échelle, sans a priori, de l’ensemble des protéines d’un organisme,d’un fluide biologique, d’un organe, d’une cellule ou d’un compartiment cellulaire. Cet ensemble deprotéines est nommé « protéome ». Elle a différents buts :

Identifier et quantifier les protéines présentesdans un échantillon à un instant T.

→ Description quantitative de l’expression desprotéines et de ses changements sous l’effet deperturbations biologiques physiologiques,pathologiques ou pharmacologiques.→ Inclue la description de modifications post-traductionnelles.

Obtenir des données fonctionnelles

→ Interactions et protéines partenaires (interactome = image de toutes les interaction quise produisent dans une protéine)→ Localisation→ Site de liaison des ligands→ Etc…

Cette technique est moins avancée que les méthodes actuelles car elle étudie le génome (reflet indirect desprotéines) et non directement la protéine, contrairement à la méthode que nous allons voir maintenant.

La spectométrie de masse est une méthode d’analyse structurale permettant d’identifier des molécules enfonction de la mesure précise de leur masse.

Le principe est le déplacement de particules chargées sous l’influence de champs électriques et/oumagnétiques. L’enceinte est soumise à un vide poussé pour éliminer les interactions avec les molécules del’air. Elle contient deux grandes étapes.

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Étape 1 : Séparation en phase gazeuse demolécules chargées (ions) en fonction de leurrapport masse/charge (m/z).

1. Obtention d’extrait protéique issu d’un tissu oud’une culture cellulaire.2. Fragmentation de cet extrait pour obtenir despeptides (plus petits donc plus faciles à analyser)3. Vaporisation et ionisation des peptides pourqu’ils puissent se mouvoir dans le champs.4. Soumission à des champs électriques oumagnétiques5. La mesure des déviations des rayons par lesparticules dans le champ magnétique permet dedéduire leur rapports masse/charge (m/z) et donc leurmasse exprimée en Dalton (Da).

→ Obtention d’empreinte moléculaire de chaquecomposé du mélange (de chaque morceau coupé audébut) qui correspond au spectre de masse (intensitédu signal détecté en fonction de la masse).

Étape 2 : Reconstitution de l’identité desprotéines à partir de leur spectre de masse

1. Identification de la structure des peptides contenusdans l’échantillon par comparaison des donnéesexpérimentales aux données déjà existantes dans desbanques.

2. Reconstitution de l’identité des protéines grâce àdes algorithme et logiciels informatiques.

3. L’intensité des pics permet de faire une analysequantitative.

ConclusionGrâce à l’évolution de la spectrométrie de masse, on peut analyser des échantillons biologiques complexesqui contiennent des milliers de protéines que l’on peut identifier séparément. Pour une protéine, il y aplusieurs versions de spectres, proches les unes des autres, mais avec des petites différences. Par exemple, l’histone 3 possède deux spectres différents : au niveau de la lysine 27 de l’histone 3, on peutvoir deux versions, une avec acétylation et l’autre sans.

III. Les modifications post-traductionnelles

A) Définition

C’est le deuxième degré de diversité, au niveau des protéines.Une modification post-traductionnelle est l’ajout d’un radical de taille et de nature biochimique variable àune protéine déjà traduite/synthétisée, par modification chimique covalente d’un acide aminé composantcette protéine, ayant pour conséquence la modification de ses propriétés (activité, stabilité, dégradation,localisation ou capacité d’interaction).

B) Les différentes modifications post-traductionnelles

→ Changements de la structure de la protéine : mise en forme fixe, maturation

Il existe des modifications post-traductionnelles qui ne consistent pas en des ajouts et qui sont irréversibles :par exemple les clivages protéolytiques et la formation de ponts disulfure. Ce sont des processus dematuration des protéines (ex : la pré-proinsuline subit plusieurs clivages avant de donner l'insuline activepuis après être clivée forme des ponts disulfures entre ses sous-unités).

(La prof a dit que ce n’était pas vraiment ça qui correspondait à la définition plus haute des modificationspost-traductionnelles, car ce n’est pas ‘‘ajouté’’ à la protéine, donc on va surtout s’intéresser à ce qui estdéveloppé plus bas)

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→ Addition de groupements chimiques ou de molécules complexes

. Méthylation (-CH3)

. Glycosylation : modification par des sucres (oligosaccharides)

. Modifications covalentes par des acides gras (farnésylation, ...)

. Modifications par d'autres peptides (ubiquitine, SUMO)

. Glucosaminylation (-O-GlcNAc)

. Phosphorylation (-PO4 - )

. Acétylation (-CO-CH3)

. Hydroxylation (-OH)

Les modifications post-traductionnelles représentent un mécanisme majeur de la régulation et du contrôlede la fonction des protéines. Les réactions importantes sont surtout celles qui sont réversibles. Elles ontdifférentes actions :

1. Elles modifient les propriétés des protéines.

Prenons l'exemple des enzymes du métabolisme, les modifications post-traductionnelles interviennent àdifférents niveaux :

– Action sur le site actif, sur les sites d'interactions avec les autres protéines ou sur les sites deliaison au cofacteur et au substrat, sur l’oligomérisation → Activation ou inactivation– Action sur la stabilité de la protéine et de sa dégradation– Action sur la localisation dans la cellule.

2. Elles augmentent les potentialités fonctionnelles des protéines. En effet, cela grâce à leurs deuxpropriétés :

– Elles sont réversibles (vu plus haut)Leur turn over est plus important que celui de la protéine elle-même : il est plus facile et rapide de modifierle niveau d'activation d'une protéine par une action enzymatique plutôt que d'avoir à la synthétiser et ladégrader à chaque fois qu'elle est nécessaire.

– Elles peuvent être multiplesChaque protéine peut faire l'objet de plusieurs modifications post-traductionnelles (phosphorylations deplusieurs tyrosines, méthylation sur une lysine et acétylation sur une autre…). Cela ajoute un niveau decomplexité à la protéine. Il y aura plusieurs combinaisons de ces modifications possibles qui permettrontdonc aussi d'augmenter la finesse de la régulation de la protéine.

3. Schéma des modifications post-traductionnellesLes modifications post-traductionnelles suivent toutes une même séquence.

En général Exemple : La phosphorylation (régule 30 % des protéines)

ÉcrireUne enzyme (le marqueur) appose une marque surun site accepteur de la protéine. Cette marqueprovient d'un donneur.

Marqueur (enzyme) : Protéine kinaseMarque : PO4-Donneur : ATPAccepteurs : Sérine, Thréonine ou Tyrosine (OH)

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Ces mécanismes sont réversibles et impliqués dans la dynamique cellulaire car ils permettent d’obtenir des protéines oscillant entre deux états selon qu’elles portent ou non la modification.

Ces modifications peuvent être réversibles ou irréversibles (ex : RAS et sa farnesylation réversible)

LireLa marque est détectée et lue pour pouvoir ensuiteêtre traduite.

EffacerEt enfin la marque est enlevée de la protéine, onrevient à l'état initial avec la protéine cible qui estprête à subir une nouvelle modification selon lecontexte cellulaire.

Ces étapes sont importantes pour décrire etcaractériser les modifications post-traductionnelles. À très bien savoir.

Lecteurs : Protéines à domaine SH2

Effaceur : Protéine phosphatase (déphosphorylation)

La conséquence de ces (dé)phosphorylation est unchangement de conformation et donc :→ La modification de l'activité de la protéine(activation ou inactivation)→ La modification de ses capacités d'interactionsavec les autres protéines (ex : protéines a domaine SH2qui reconnaissent les aa phosphorylés).

C) Modifications post-traductionnelles des histones

1) Acétylation des histones (H3, H4) Compactage et transcription, le dilemme de la chromatine

– Réaction chimique : Ajout d’un groupement acétyl (-CH3-CO)– Enzymes : Acétyltransférases ou KAT / Désacétylases ou KDAC (avec K pour lysine)– Donneur : Acetyl CoA– Sites accepteurs : Chaînes latérales des lysines (ou plus rarement sur la partie N-ter d'autres aa)

L'acétylation a été initialement identifiée sur les histones, protéines entourant l'ADN et permettant de lecompacter en formant des nucléosomes (enroulement de 147 nucléotides autour d'un octamère d'histones).Le degré d'interaction entre l'ADN et le noyau d'histones contrôle la transcription. Cette interaction a lieugrâce aux chaînes latérales des histones riches en Lysine, chargée (+), ce qui permet son interaction avecl'ADN, chargé (-), via des liaisons électrostatiques.

Il est important de savoir cela car l’acétylation neutralise la charge positive et modifie la taille de lachaîne latérale (qui devient plus volumineuse) des lysines. Cela entraîne un changement de conformation desprotéines et modifie les interaction avec leurs molécules cibles.

. Hyper-acétylation des histones par les histones acétyltransferases (HAT) : neutralise la charge (+) deslysines et atténue sa liaison avec l’ADN qui se décompacte et devient accessible.

→ activation de la transcription

. Désacétylation par les histones désacétylases (HDAC) : retire le groupement acétyl des lysines quiretrouvent leur charge (+) et leur interaction avec la chromatine est rétablie, celle-ci se compacte.

→ répression de la transcription

Cela permet ainsi de ‘‘ranger’’ l’ADN dans un espace petit tout en le laissant accessible via la modificationd’une zone donnée de la chromatine.

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2) Méthylation des histones

Les histones peuvent aussi être méthylées par des histones méthyl transférases (HMT à ne pas confondreavec les ADN méthyl transférases) :

– Les PRMT (protein arginine méthyltransférase) méthylent les Arginines– Les protéines à domaines SET méthylent les Lysines qui conservent leur charge positive.

Le responsable de la méthylation des histones est le complexe répresseur Polycomb (PRC2) qui contientEZH2 qui est une HMT à domaine SET.La triméthylation de la lysine n°23 sur l'histone 3 entraîne un compactage de la chromatine et donc unerépression de la transcription (inverse de l’action de l’acétylation). Puis, il existe des déméthylases pourretirer le groupement méthyl.

Remarque : Différents domaines reconnaissent des modifications spécifiques sur les histones.→ Les bromodomaines reconnaissent spécifiquement des lysines acétylées et sont présents dans descoactivateurs transcriptionnels.→ Les chromodomaines ont une capacité de liaison aux lysines méthylées et sont présents dans desprotéines induisant la formation de l’hétérochromatine.

PRC2 est inactif dans certaines tumeurs suite à des mutations, et est ainsi impliqué dans les cancers. Si ilest inactif, il n'y a pas de méthylation des histones et les lysines sont libres : elles peuvent toujours subir desacétylations, activant la transcription. Des gènes qui ne doivent normalement pas s'exprimer (oncogènes)sont transcrits.Cet exemple montre la compétition entre Méthylation et Acétylation, deux modifications post-traductionnelles ayant lieu sur le même site qu’est la lysine.Pour contrer cela, des médicaments sont des inhibiteurs de bromodomaines pour que les protéines ayant cesdomaines ne puissent pas reconnaître les parties anormalement activées et à l’origine de cancers.

En outre, on connaît des maladies génétiques liées à des mutation de modificateurs épigénétiques (enzymesqui jouent sur les modifications épigénétiques). Quand on a des problèmes de méthylation ou d’acétylationsur les histones à ce niveau, cela donne des maladies du développement ou bien des syndromes qui donnentdes risques de cancer.

Il existe un code des histones qui est une lecture combinatoire de l’information épigénétique qui permet decomprendre quels gènes sont exprimés et quels gènes ne le sont pas. Le code regroupe les modifications post-traductionnelles qui peuvent survenir sur les histones, qui vont subirune lecture pour décider quelles en seront les réponses (quels gènes doivent être transcrits).

D) Acétylation de P53

On sait maintenant que plusieurs centaines d’autres protéines dans différents compartiments cellulairessont concernées par l’acétylation (des facteurs de transcription par exemple).

(On continue d’appeler les enzymes les ‘‘histones’’ méthyl transférases etc, mais on sait maintenant qu’ellessont actives sur plusieurs protéines différentes).

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Prenons l’exemple de P53, facteur de transcription pouvant entraîner l’arrêt du cycle cellulaire oul’apoptose. Il est donc activé durant les situations de stress, comme la cassure de l’ADN par exemple.C'est une protéine très instable (demie vie inférieure à 1min), cible de nombreuses modifications post-traductionnelles (l'ubiquitination, acétylation...).

Lors d'un stress cellulaire, P53 va être acétylé par des acétylases ce qui entraîne :– Une neutralisation de la charge (+) des lysines– La création de sites d'ancrage sur P53 pour certains coactivateurs– Le blocage de son ubiquitination (dégradation) à cause de la compétition au niveau des lysines,ce qui augmente la demi-vie, ainsi on active quantitativement la protéine.

Un ‘‘code P53’’ existe aussi et permet des modifications subtiles. En effet, P53 peut être sous trois formes : → Non acétylé : dégradation rapide par MDM2 → Mono acétylé : bloque son ubiquitination et augmente sa demi-vie comme vu plus haut + active P21(inhibiteur kinase cycline dépendante) qui joue sur le cycle cellulaire (arrêt) sans aller jusqu’à l’apoptose. → Tri acétylé : active BAX donc l’apoptose de la cellule.

IV. Dégradation des protéines : le système ubiquitne-proteasome

A) Le système Ubiquitine

L'ubiquitine est un peptide de 76 AA, ubiquitaire, très conservé et très stable. Il contient aussi plusieursLysines. Il est impliqué dans un système de dégradation des protéines indispensable à la cellule, faisantintervenir le protéasome ainsi que trois familles d' enzymes : E1, E2 et E3.

La liaison se fait en trois grandes étapes :

Activation par une enzyme E1 : L'ubiquitine se fixesur E1 (fixation ATP dépendante).

Conjugaison par une enzyme E2 : E1 transfert sonubiquitine sur E2. L'ubiquitine est sous forme‘‘armée’’ c'est à dire prête à interagir avec la protéineà dégrader.

Ligation par une enzyme E3 (ubiquitine ligase) : Dans la ligation, on remarque qu’il y a deux étapespossibles selon le type d'E3.

Les E3 de type RING(les plus nombreuses) E3 se fixe à E2 ainsi qu’àla protéine qui joue lerôle de substrat. Celapermet de directementtransférer l'ubiquitine surla protéine.

Les E3 de type HECTCes enzymes possèdentun domaine fixantl'ubiquitine, on a doncd'abord un transfertd'ubiquitine de E2 à E3,puis de E3 au substrat.

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RemarqueLe nombre d'enzymes par famille est variable.

→ Une seule enzyme E1 car elle se fixe toujours à une ubiquitine quelque soit la protéine dégradée

→ 40 enzymes E2

→ 650 à 750 E3 diffèrent, spécifiques de leur substrat puisqu’elles elles interagissent avec lui directement.

UbiquitinationL'ubiquitine se fixe sur les protéines grâce aux enzymes via une liaison isopeptidique transversale etréversible entre le résidu NH2 latéral d'une lysine de la protéine à dégrader et le COOH de la glycine C-ter de l'ubiquitine.

La fixation de la première ubiquitine constitue l'initiationde l'ubiquitination. Les autres fixations constituentl'élongation ; celle-ci peut mener à différents types dechaîne d'ubiquitine.

Lorsque le substrat a au moins quatre ubiquitines fixées, un signal est donné à la cellule et il est envoyé auprotéasome pour être dégradé.

B) Mécanismes de dégradation des protéines endogènes

Il existe deux mécanismes de dégradation des protéines endogènes :

Pour les protéines non-marquées → Le lysosome

C’est un compartiment endo-membranaire contenant desenzymes de dégradation.

Il est non spécifique des protéines(intra ou extra-cellulaires) et endégrade 10 à 20%, directement enacides aminés.

Pour les protéines marquées → Le protéasome

C’est un complexe multi-enzymatique macromoléculaire forméde deux sous unités différentes qui sont la sous-unité régulatrice 19Sprésente en 2 exemplaires, de part et d'autre de la sous-unité 20Scontenant la chambre catalytique.

Il dégrade les protéines de manière spécifique, les intracellulairesseulement, en petits peptides inférieurs à 10 acides aminés. → que les protéines marquées par au minimum 4 ubiquitines

C'est le système de dégradation des protéines le plus important car ilconcerne 80-90% des protéines intracellulaires.

Zoom sur le protéasome

C’est lui qui fait suite à l’ubiquitination.En effet, au niveau de la sous-unité 19S, ilpossède des récepteurs à l'ubiquitine, c’estdonc elle qui est reconnue par leprotéasome et pas la protéine elle-même.

Une fois la reconnaissance faite, la protéineentre dans le protéasome et se sépare del'ubiquitine qui est relarguée dans lecytoplasme pour pouvoir être réutilisée. Cesdeux étapes nécessitent de l'énergie.

Enfin, la protéine seule entre dans la chambre catalytique de la sous-unité 20S et est clivée par desendopeptidases en peptides relargués dans le cytoplasme, où ils sont ensuite dégradés en acides aminés.

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Une protéine mono-ubiquitiné n’est pas reconnue, il faut qu’il y ait au moins quatre résidus.

C) Rôles du système Ubiquitine - Protéasome

Le couplage de l’ubiquitination à la protéolyse confère à la cellule eucaryote la capacité d’éliminersélectivement certaines protéines selon les circonstances physiologique.

1. Contrôle de la qualité des protéinesLe système permet l'élimination des protéines malformées (mal repliées, mutées) ou endommagées suite àdes modifications enzymatiques. Il y a une association dans le cytosol de ribosomes (synthèse desprotéines), de protéines chaperonnes et du protéasome. Ce contrôle de qualité est à l'origine de ladégradation de 4g de protéines/kg/jour et est particulièrement important pour les protéines abondantes etdans les cellules en divisions rapides.

2. Régulation de certaines fonctions cellulaires par la protéolyse (exemples)→ Rôle de la dégradation de la cycline B dans le contrôle de la progression du cycle cellulaire.→ NF-kB, facteur de transcription pro-inflammatoire, maintenu hors du noyau par son interaction avec laprotéine IkB. La dégradation d'IkB est induite par sa phosphorylation (reconnaisance par la protéine E3 β-TRCP). IkB est alors ubiquitinylé et rapidement dégradé, libérant NF-kB pouvant désormais aller dans lenoyau et déclencher une réponse pro-inflammatoire.→ Régulation de P53 par MDM2, une E3 (ubiquitineligase). En cas de stress cellulaire P53 est acétylé, ce quile sépare de MDM2 et empêche donc son ubiquitination etsa dégradation. L’activité de p53 est ainsi étroitementcontrôlée via sa dégradation par le protéasome aprèsubiquitination.

3. Fonctionnement du système immunitaire par présentation de l'antigène.

4. Mécanisme de dégradation rapide des protéinesIl permet le renouvellement des composés cellulaires et l'adaptation rapide à de nouvelles conditions.

5. Production d'acides aminésCela en cas de besoins en glucose ; ils sont utilisés comme substrat de la néoglucogénèse.

D) Inhibiteurs du protéasome

Puis, on a découvert un effet thérapeutique majeur pour le myélome multiple. Ce dernier est caractérisépar une prolifération tumorale d'un plasmocyte anormal dans la moelle osseuse. Le rôle du plasmocyte(lymphocyte B mature) étant de produire des anticorps immunoglobulines, des protéines).

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Induction de la mort cellulaire du plasmocyte anormal par trois manières :→ Blocage de la dégradation des protéines anormales → Supression du signal NF-kB.→ Stabilisation de P53

E) L’Ubiquitination : Pas toujours un signal de dégradation.

Différentes chaînes d'ubiquitine se forment durant l’ubiquitination. En effet, ona la possibilité de différents types de liaisons :

- Chaînes homogènes ou mixtes- Chaînes ramifiées ou linéaires

Cela est source de différents types de signaux.

Remarque : L’ubiquitine contient elle-même sept lysines susceptibles d’êtreubiquitinées.

C'est donc la conformation de la chaîne (nature de la liaison entre les résidus ubiquitine) quidétermine le devenir de la protéine (qui n’est pas forcément la dégradation). En effet, une expériencesur des cellules en culture où on inhibe le protéasome a montré qu'il y avait une accumulation rapide etpréférentielle de certains types de chaînes, tandis que d'autres types n’en sont pas affectés ; ces dernières nesignalent pas pour la dégradation des protéines.Ceci prouve l’existence d’un ‘‘code ubiquitine’’. Ainsi, l’ubiquitination est une modification post-traductionnelle intervenant dans des processus tels que l’endocytose, la réparation de l’ADN, l’exportnucléaire, l’activation de NF-kB, la régulation de l’activité E3 ligase…

Résumé de l'ubiquitinationL'ubiquitination est une modification post-traductionnelle des protéines consistant en l'ajout d'un petitpeptide suite à l'action hiérarchique de trois familles d'enzymes.Ce processus contrôle la stabilité des protéines et en particulier la voie de dégradation des protéines par leprotéasome. Il a aussi un rôle de transmission d'information dans les systèmes de régulation.Sur une protéine, l'ubiquitine a deux fonctions :→ Elle peut bloquer un site actif (empêcher une acétylation sur une lysine par exemple).→ Elle permet la formation d'un complexe stable par l'intermédiaire duquel une protéine peut lier uneautre protéine, celles-ci possédants des motifs d'interaction avec l'ubiquitine ou ubiquitin-binding domaines(UBD).Les conséquences fonctionnelles de l'ubiquitine sont déterminées par le type de chaîne formé et lesliaisons entre ubiquitines.

F) Système pseudo-ubiquitine

Le système ubiquitine a été dupliqué un très grand nombre de fois : on connaît maintenant desdizaines de peptides du même type appelés pseudo-ubiquitine (ubiquitine like).L'architecture centrale de ces peptides est du type ubiquitine sur laquelle sont greffés des motifs différents.Le système ubiquitine like le plus connu et le plus important est le système SUMO (small ubiquitinemodifier of proteins) qui a de nombreuses cibles et de nombreuses fonctions (réparation, dégradation…).

(La prof a dit qu’elle voulait qu’on connaisse bien le système ubiquitine, qu’elle nous parlait des autres justepour qu’on sache qu’ils existent.)

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V. Code des modifications des protéines

Les programmes de signalisation sont loin de reposer uniquement sur les phosphorylations, ils associentégalement les autres modifications post-traductionnelles.

Sont mises en jeu des interactions spécifiques entre ces modifications (ex : P53 et FOXO). Une protéinepeut porter plusieurs modifications post-traductionnelles en même temps : c'est ce qui constitue une couchedynamique d'information au-delà de la séquence d'acides aminés. Par exemple, une protéine ne pourraêtre active que si elle porte deux modifications activatrices, si l'une d'elles est inactivatrice la protéine nepourra pas être fonctionnelle.

Un modèle de code post-traductionnel des protéines a été proposé pour P53 ou pour les protéines qui fontl'objet de modifications post-traductionnelles multi-site. Le code des histones a été beaucoup discuté. Cecode met en évidence les interactions (dialogue) entre les modifications post-traductionnelles.

Exemple de FOXO (signalisation de l'insuline) :Lorsque FOXO (facteur de transcription) est phosphorylé, il est séquestré dans le cytoplasme par lesprotéines 14.3.3, et est donc inactif. En outre, les Sérines de FOXO faisant l'objet de cette phosphorylationsont entourées de Lysines acétylées pour neutraliser la charge positive et affaiblir la liaison avec l'ADN.→ Effet coopératif entre deux modifications post-traductionnelles

. Deux sites différents

. Conséquences différentes (séquestration et atténuation de liaison)

Deux autres exemples

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Les modifications de la Lysine sont mutuellement exclusives car elles ont toutes lieu sur le même site accepteur : importantes possibiltés de régulation croisée.

MAIS visent toutes les deux à inactiver le facteur de transcription

malgré la présence de la méthylation sur l'histone.

Conclusion : Le protéome, une entité dynamique et complexe

• Un même gène peut donner naissance à plusieurs protéines par réarrangements de l'ADN(recombinaison V (D) J) ou par épissage alternatif.

• Un gène peut coder pour une protéine possédant plusieurs fonctions.

• Les nombreuses modifications post-traductionnelles augmentent les potentialités fonctionnellesdes protéines.

• Le protéome contient donc un nombre beaucoup plus important de protéines que le génome necontient de gènes.

• Au sein de chaque cellule, le contenu en protéines se modifie en permanence en fonction desconditions intracellulaires ou extracellulaires

• Tout ces mécanismes expliquent la grande diversité des activités cellulaires , surprenante faceau faible nombre de gènes.

À la fin de ce cours vous devez connaître :

• Les cinq modes d’épissage alternatif

• La définition d’une modification post-traductionnelle

• La « carte de visite » des principales modifications post-traductionnelles

• Le principe, mécanisme moléculaire et différentes conséquences fonctionnelles de l’ubiquitination

Vous devez avoir compris :

La notion de modification post-traductionnelle et son intérêt dans l’augmentation des potentialitésfonctionnelles des protéines

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