UN Licence BMP Biochimie Structurale II - Maturation des protéines PDF

UN LICENCE BMP BIOCHIMIE STRUCTURALE II Faculté des sciences Année universitaire 2023/2024 Dr. Mârouf BABA AHMED  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 PLAN 1) Biosynthèse des protéines 2) Maturation et modifications post-traductionnelles 3) P...

UN LICENCE BMP BIOCHIMIE STRUCTURALE II Faculté des sciences Année universitaire 2023/2024 Dr. Mârouf BABA AHMED  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 PLAN 1) Biosynthèse des protéines 2) Maturation et modifications post-traductionnelles 3) Protéolyse et pathologies structurales 2  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines Rappel: Origine des acides amines chez l’Homme Protéines: Diversité de fonctions - Structure (collagène, kératine…) - Enzymes (métabolisme) - Hormones et neuromédiateurs - Motrices (actine, myosine) - Transport (Albumine, Hémoglobine..) - Transduction (récepteurs, signalisation) - Immunité (cytokines) - Régulation de l’expression du génome (facteurs de transcription) 3  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines Les étapes de la biosynthèse protéique 1) La Transcription Permet le passage d’une séquence codée d’ADN vers une séquence transcrite codée en ARN ARN polymérase II: reconnait une séquence spécifique d’ADN en amont du Gène - La transcription est localisée dans le noyau de la cellule - Code génétique = séquence ADN (ou ARNm) ↔séquence AA - 3 bases = 1codon, 64 types et 20 AA : synonymes (le code est dit « dégénéré » et ubiquitaire) - 3 codons stop - ADN → ARNmessager grâce à l’ARN-polymérase (ARNm pr« transcrit primaire ») - Seuls les exons sont exprimés dans l ’ARNm mature (« épissage ») La Régulation se fait par des facteurs de transcription Ces protéines fixent l’ADN grâce à des motifs spécifiques permettant d’activer ou d’inhiber la transcription, on distingue 4 familles de Facteurs de Transcription: Les domaine à Doigts de zinc Les domaines à Fermeture éclaire à leucine La famille Hélice-boucle-hélice (Homeodomaine HLH) La famille Hélice-tour-hélice (Homeodomaine HTH) 4  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines Le génome humain compte environ 30 000 gènes. Le protéome correspond à l’ensemble des protéines codées par l’ensemble des gènes. Le protéome humain est estimé entre 100 000 et 1 000 000 de protéines. Comment? Epissage ‘normal’ : élimination des introns et jonction des exons. Des parties de l’ARNm pré-messager (introns) sont donc éliminées Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Intron 1 Intron 2 Intron 3 Intron 4 Epissage Alternatif: possibilite a partir du même ARN pré-messager d’ARNm différents. Exemple: Certaines cellules des follicules thyroïdiens sécrètent deux protéines : la calcitonine et la CGRP (Calcitonine Gene Related Peptide).  2 protéines codées par le même gène (Calc-1).  L’ARN pré-messager du gène Calc-1 est constitué de 6 exons et 5 introns (5 700 nt).  L’ARNm de la calcitonine possède les exons 1, 2, 3 et 4.  L’ARNm de la CGRP possède les exons 1, 2, 3, 5 et 6. 5  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines L’épissage alternatif permet : - une modification de la stabilité des transcrits, ce qui impact la protéine qui va être exprimée - un changement de la localisation subcellulaire de la protéine codée (sélection ou non de l’exon qui code la localisation). - des modifications des domaines d’interactions. - des modifications des fonctions biologiques des protéines, notamment par des modifications de la forme et du repliement des protéines 6  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines Editing: modification post-transcriptionnelle de l’ARN par changements nucleotidiques: Insertion, délétion, conversion enzymatique d’un ou quelques ribonucléotides.  La forme la plus commune d’editing est la transformation de l’adénosine en inosine. Enzymes: Adenosine Deaminases Acting on RNA (ADARS). L’inosine est ensuite reconnue par le ribosome (et les reverses transcriptases) comme une Guanosine (A > I > G) Modification de la cytosine en uracile: A l’aide d’une famille de cytidine déaminase, les apolipoprotein B editing complex (APOBEC), Enzymes agissants sur l’ADN et/ou l’ARN Exemple d’Editing: l’apolipoprotéine B (ApoB) pour lequel existent deux formes (ApoB48 et ApoB100) codées par le même gène ApoB. L’une est synthétisée dans le foie (ApoB100) et l’autre dans l’intestin (ApoB48). L’editing du gène au niveau d’une séquence CAA est effectué par désamination de la cytosine (ce qui la transforme en uridine : C>U) et produit un codon stop (UAA) donnant la protéine tronquée, ApoB48. 7  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines ARN pré-messager EPISSAGE ALTERNATIF EDITION (RNA Editing) ARNm 1 ARNm 2 ARNm 3 PROTEINE 1 PROTEINE 2 PROTEINE 3 8  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines 2) La Traduction A lieu dans le cytosol au niveau de ribosome libre ou liés (REG) Les éléments nécessaires (cytosol)  AA  ARNm à traduire  ARN de transfert (ARNt)  Enzymes et facteurs de transduction  Ribosomes (Cplx prot et ARNr, 40S et 60S)  Energie +++ La Pénétration intracellulaire des AA se fait par transporteur spécifiques (AA neutre, acides, basiques, immino acides..)  Les acides aminés sont limitants pour la synthèse (surtout si AA essentiels) Chez les procaryotes: 1: La totalité de l’unité de transcription d’un opéron (qui comporte plusieurs gènes) est transcrite en un seul messager (dit polycistronique). C’est la traduction qui sépare les unités d’information en autant de protéines. 2: La traduction et la transcription sont couplées, l’ARN messager est lu (et relu) avant même la fin de sa synthèse. 9  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines Schéma d’un ARNt: séquence primaire et secondaire de l’ ARNtVal d’E. coli En jaune se trouve l’anticodon UAC sur l’ARNt qui va s’hybrider au codon GUA (un des codons pour la Valine) de l’ARNm. Dans sa structure primaire, en plus des nucléosides contenant les A, C, G et U, on trouve des nucléosides modifiés tels que: I Inosine cmo-5-U (uridine-5-oxydoacétique) D (dihydrouridine), S4U (4-thio-urine) m6 A (N6-méthyladénosine) m7 G (7-méthylguanosine) T (ribothymidine) Ψ (pseudouridine). Ces bases dites «rares» telles que pseudouridine, dihydrouridine, inosine... qui sont des bases modifiées après la transcription qui contribuent à l’établissement de la structure tridimensionnelle par des liaisons hydrogène inhabituelles. 10  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines  Activation des acides aminés - Chargement par fixation d ’1 AA à l’extrémité 3’ d’un ARNt (AA-ARNt synthètases) + ATP - Les aminoacyl ARNt sont les véritables précurseurs de la synthèse protéique - Les ARNt possèdent un anticodon complémentaire du codon d ’ARNm à traduire - Reconnaissance de l’AA-ARNt synthètases est importante (systèmes redondants) - Vingt AA-RNAt synthètases (spécifiques chacun d ’1 AA)  Initiation de la synthèse - Le premier Codon d ’initiation de l ’ARNm correspond toujours à une méthionine - Fixation sur le codon initiateur de Met-ARNt au sein de la petite sous-unité 40S * Facteurs spécifiques d ’initiation (eIF2) * Enzymes (peptides transférases) * Beaucoup d’ Energie (GTP et ATP) - Fixation de la 60S à la 40S pour former un ribosome complet  Phase d’élongation - 2 sites de fixation voisins sur chaque ribosome - A la fin de l ’initiation, l’ARNtMet est sur le site « peptidique » - Le 2ème AA se fixe sur le site « acide aminé » qui devient libre - Liaison peptidique entre les 2 premiers AA (par une Peptidyl transférase) - Le 1er ARNt délivré de Met peut alors se détacher - Le ribosome avance d ’un codon (« translocation ») … 11  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 1) Biosynthèse des protéines La traduction a lieu au sein des deux sous-unités ribosomales 30S (40S chez les eucaryotes) et 50S (60S chez les eucaryotes), l’ensemble donnant un ribosome 70S (80S chez les eucaryotes). L’ARNm est lu (traduit) par le ribosome en présence de complexes protéiques, et d’ARNt. A: au niveau du ribosome (sous-unité 30S/40S et interface sous- unité 50S/60S), l’élongation de la protéine et la traduction se situent sur trois sites : le site A (amino-acyl), le site P (peptidyl) et le site E (exit). L’ARNt arrive au niveau du site A (ARNt-aminoacyl) où il reconnaît sur l’ARNm le codon complémentaire de son anticodon (traduction). Des réactions complexes incluant des protéines appelées facteurs d’élongation (exemple: EFTu), transférent l’acide aminé sur le peptide naissant fixé sur l’ARNt (ARNt-peptidyl ; on parle d’élongation) au site P. Cette réaction est réalisée à l’aide d’une peptidyl transférase ; B: les ARNt du site A (aminoacyl) et P (peptidyl) sont ensuite transférés respectivement sur le site P et E à l’aide d’autres protéines (par exemple, facteur d’élongation EF-G) tandis qu’un nouveau ARNt-aminoacyl vient se fixer sur le site A (translocation). L’élongation se termine quand un codon stop au site A est reconnu par certains facteurs protéiques (par exemple, class I release factors, eRF1 chez les eucaryotes) provoquant alors l’hydrolyse de l’ARNt-peptidyl et la libération du peptide synthétisé de l’ARNt. Ce dernier subira alors d’autres modifications, dites post-traductionnelles (par exemple, Phosphorylation, glycosylation..etc). 12  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 Specificite des eucaryotes - Presence d’une coiffe 7-CH3-Guanosine - Transcription et traduction separees - Duree de vie des ARNm plus longue - Presence d’une sequence dite de Kozak 5’A(ouG)CCAUGG entourant le codon d’initiation qui permet la reconnaissance de l’AUG initiateur. - Le premier AA est une methionine (formyl-Met chez prokaryote) - Un tunnel dans la grande sous unite permet la sortie de la protein neosynthetisee directement au niveau d’un canal proteique sur le REG: le translocon (sec61). - Modifications post-traductionnelles complexes (Glycosylation…) 13  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 24/11/2023 PLAN 1) Biosynthèse des protéines 2) Modifications post-traductionnelles et maturation 3) Protéolyse et pathologies structurales 14  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines La maturation des protéines ou modifications post-traductionnelles La maturation correspond aux multiples phénomènes post-traductionnels qui vont permettre d’obtenir une protéine fonctionnelle a partir du peptide détaché de l’ARNm et qui pour l’instant n’a qu’une structure primaire. Cette protéine peut rester intracellulaire ou exportée vers d’autres tissus.  Différentes types de modifications post-traductionnelles cellululaire Acquisition des structures 2aire, teraire et quateraire (ponts S-S) N-glycosylation: sur le motif ASN-X-Ser/Thr, le NH2 de l’ASN peut-être glycosylé O-Glycosylations (golgi): sur les Ser et Thr Acquisition de signaux pour l’adressage (vers Noyau, MP, mitochondries, lysosomes…) Irreversible: Coupures de pré-protéines (Exemple: pro-insuline → insuline) Reversible: Modification de l’activite enzymatique Modifications AA (His → 3MH, Pro → OH-Pro) … 15  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines EXEMPLES 1. Clivage de chaine polypeptidique 2. Elimination d’acides aminés (Méthionine) ou modifications (Lysine, proline..) 3. Acétylation, hydroxylation, biotinylation, sulfonation d’acides aminés 4. Glutamylation et glycylation 5. Ubiquitinylation 6. Formation de ponts covalents 7. Ancrage lipidique 8. Glycosylations 9. Phosphorylation 10.Modifications accidentelles 16 Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 17  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Formation de ponts covalents L’allysine: acide 2- aminoadipique-6- semialdéhyde, dérivé de la lysine sous l'action d'une protéine-lysine 6-oxidase, ou lysyl oxydase, qui oxyde l'amine –CH2–NH2 terminale des résidus lysine en groupe aldéhyde –CHO avec libération d'ammoniac NH3 et de peroxyde d'hydrogène H2O2 (- O2 et H2O). A lieu dans la MEC afin de produire des résidus à chaîne latérale réactive permettant des pontages aldoliques entre molécules d'élastine ou de collagène pour renforcer leur cohésion. 18  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines 1) Modification par clivage enzymatique 19  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines 50% des protéines des cellules procaryotes et Elimination de la méthionine eucaryotes ont la MET1 Groupement formyl de la méthionine 1 (Nt) est pratiquement enlevée par l’enzyme Met- toujours enlevé chez les procaryotes aminopeptidase (MAP), liée – enzyme: deformylase (PDF) au ribosome. N-formyl-L-methionine + H2O = formate + methionyl peptide Enzyme saturable, inactive dans les corps d’inclusion. Aboutit à un mélange de protéines avec et sans MET1 20  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Acétylations Environ 100 protéines cytoplasmiques ont un N-terminal acétylé Réaction atalysée par des N.-acétyl transférase à partir d’acétyl-CoA (donneur d’acetyl) Acétylation en présence ou non du résidu MET1 Importance de la nature des premiers acides aminés, mais difficulté de trouver une règle. Addition of acetyl group to the nitrogen. Histones are acetylated on lysine residues in the N- terminal tail as a part of gene regulation. Involved in regulation of transcription factors, effector proteins, molecular chaperons and cytoskeletal proteins. Enzyme responsable de l’acetylation en N-terminal 21  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Acétylations HDACs = Histone deactyllase , KATs = N-acetyltransferase. 22  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Acétylation: effet biologique sur les proteines Histones L’enzyme HAT ajoute un groupement Acetyl sur le NH2 de la lysine, neutralisant sa charge positive.  Changement de la charge nette de la protéine  Une Acétylation élevée ouvre ainsi les régions active de la chromatine permettant la transcription. 23  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Methylation Addition de groupe methyl Residus lysine et arginine Binds on nitrogen and oxygen of proteins Methyl donneur: S-adenosylmethionine (SAM) Enzyme: methyltransferase La Methylation des residus lysines au niveau des histones de l’ ADN est importante pour la regulation de la structure de la chromatine. Methylation elevee des Histones : correlee positivement a la transcription des genes 24  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Hydroxylation des prolines et Lysine Structure du collagène 25  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Biotinylation La biotine est un coenzyme de quelques enzymes de transfert du CO2 La vitamine est fixée par covalence sur la protéine. Enzyme: la biotine protéine ligase (BPL) 26  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Sulfonation 27  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Glutamylation et glycylation 28  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Ubiquitination Fixation covalente d’ubiquitine, petite protéine de 76 amino-acides Protéine uniquement eucaryote, très conservée Fixation par la glycine C-terminale aux NH2 des lysines des protéines Par action d’un complexe enzymatique composé de 3 enzymes Permet la destruction des protéines par protéasome Rôle dans le cycle cellulaire, la réparation de l’ADN, l’embryogenèse, la régulation de la transcription, l’apoptose Ubiquitine: 76 acides aminés Une masse moléculaire d'environ 8500 Da Structure très conservée parmi les différentes espèces d'eucaryotes  Signal de degradation 29  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Phosphorylation Ajout d’un phosphate sur la sérine, la thréonine ou la tyrosine. Important dans la transduction de signaux à travers les membranes. Protein Kinase A, B, C – Nombreux isoformes MAP kinase ( mitogen activated kinases) – ERK ( extracellular regulated kinase) – JNK (Jun regulated kinase) – P38 (SAPK2) SrK ( Stress regulated kinase) Cycline dépendantes kinases (CdK) 30  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines 31  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Modifications radicalaire (accidentelles): stress oxydatif  Attaque par les radicaux libres des macromolécules dont les protéines: très sensibles à l ’oxydation modification des acides aminés les plus sensibles Réaction d’oxydo-réduction Attaque nucléophile par le radical hydroxyle Fixation de dérivés d’attaque des lipides 32  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Ancrage lipidique: Modifications covalentes des protéines par les lipides. Myristoylation: liaison d’un lipide (Myristate, C14:0) avec la glycine (S-Myristoylation). Palmitoylation : liaison d’un lipide (Palmitate C16:0) avec une cystine de la protéine (S-Palmitoyl.) Farnésylation = prénylation : liaison d’un lipide (Farnesyl) avec une cystine en C-term. Glypiation : liaison d’un GPI (glycosyl phosphatidylinositol) avec n’importe quel AA.  Important pour l’adressage des protéines à la membrane des cellules/Signal. Post- traductionnelles Co-traductionnelles Et reversible et Permanentes (interactions Proteine/Proteine) 33  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Palmitoylation des protéines. Pour qu'une protéine soit palmitoylée, le palmitate doit d'abord être activé en palmitoyl- coenzyme A (palmitoyi-CoA). Cette activation est effectuée par une acyi-CoA synthétase qui combine le palmitate au CoA en présence d'ATP et de magnésium. Le palmitoyi-CoA ainsi formé réagit avec les cystéines de certaines protéines par l'intermédiaire d'une palmitoyltransférase. 34  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines lsoprénylation des protéines. Les isoprènes sont tous issus du mévalonate qui est transformé en isopentényl-pyrophosphate (isopentényi-PP) à la suite d'une série de réactions impliquant trois phosphorylations consécutives. Une isomérase convertit alors l'isopentényi-PP en diméthylallyi-PP. Ces deux composés de 5 carbones se combinent sous l'action d'une prényltransférase et forment le géranyl-PP ( 10 carbones). Puis des additions d'isopentényi-PP mènent à la formation successive du farnésyl-PP (15 carbones) et du géranylgéranyl-PP (20 carbones) qui sont les deux principales formes d'isoprènes transférées sur les protéines. 35  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines SAM = S-Adénosyl-Methionine SAH : S-Adénosyl-Homocystéine La grande famille de protooncogènes ras subissent toutes une modification post-traductionnel/e par des isoprènes: Dans certains cas, comme celui de p21Ras, la protéine est également palmitoylée. Ces deux modifications sont nécessaires à l'activité de la protéine. Une farnésyltransférase reconnaît d'abord le groupement CXXX contenu dans la région C-terminale de p21Ras et transfère un groupement farnésyl sur la cystéine. Le groupement CXXX farnésylé est alors reconnu par une protéase qui coupera les trois derniers acides aminés. La cystéine farnésylée devenue C-terminale sera à son tour reconnue par une carboxyle-méthyltransférase qui la méthyle. La protéine ainsi modifiée s'associe faiblement à la membrane plasmique et possède dès lors une faible activité. L 'ajout ultérieur d'un palmitate sur une cystéine, située quelques résidus en amont, permet l'association complète avec la membrane et l'activité maximale de p2 1Ras. 36  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 24/11/2023 2) Maturation des protéines Structure d’un Glycosyl-Phosphatidyl-Inositol (ancre GPI) attaché aux proteines 37  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines  C-terminal glycosyl phosphatidylinositol (ancre GPI)  N-terminal myristoylation  S-palmitoylation  S-prenylation Protéines peuvent être:  Solubles  Transmembranaires  Ancrées par un GPI 38  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines 39  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines 40  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Modification Post-traductionnelles des proteins… La Glycosylation N-Glycannes et O-Glycannes: Majorite des glycoproteines C-Glycannes: 10% des proteins cellulaire S-Glycannes: tres rares 41  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines Arbre glucidique 42  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation N-glycosylation: liaison entre la protéine et l'arbre glucidique se fait entre la chaîne latérale d'un résidu asparagine et une N-acétylglucosamine; par une liaison N-glycosidique Des enzymes, les glycosyltransférases (GTs), localisées dans la lumière du RE rajoutent les sucres, initialement portés par un dolichol, un lipide spécifique de la membrane interne du RE et transféré par la GT sur la chaîne polypeptidique neo-synthétisée. 43  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation 44  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023  L’arbre glucidique initial de la N-glycosylation est 2) Maturation des protéines greffé sur les protéines dans le RE. Il est constitué par 11 oses, dont 9 mannoses. N Glycosylation  Il sera plus ou moins modifié lors de la maturation des protéines dans le Golgi Man9GlcNac2:  Les modifications se font séquentiellement dans les OlygoMan triantenne compartiments successifs du Golgi (Cis, Médian, Motif de base de tout les Trans, et enfin réseau trans-golgien ou TGN) N-Glycannes du RE Synthese des Noyaux Fixation des sucres Synthese des antennes Specificite des antennes peripheriques 45  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Trois types de maturation de l’oligosaccharide initial greffé sur les protéines. 1) Formation d’un oligosaccharide riche en mannose: protéines des lysosomes. 2) Oligosaccharide dit complexe: protéines membranaires ou secrétées. Dans ce cas, le dernier ose greffé est un acide sialique ou NANA (N-Acetylneuraminic acid) et la greffe s’effectue dans les compartiments les plus distaux de l’appareil de Golgi (trans et réseau trans-golgien ou TGN, pour Trans Golgi Network).  La sialylation des protéines: marqueur de traversée complète de l’appareil de Golgi. 3) Formation de type hybride: contenant Gal, Man, et GlcN-Acetylee intercalaire. Sulfatation et methylations possibles  Tout les sites potentiels de N-glycosylation ne sont pas glycosylees:  Structure de la protéine elle-même: gêne stérique et rigidite des noyau (Pas de rotation)  Le type cellulaire: glycosylation tissu-spécifique  Macro et Micro-diversité de glycosylation  Les oligosaccharides des glycoprotéines peuvent lier des lectines Lectine: Protéines ayant une affinité pour les sucres: rôle de reconnaissance et de protection Participent au repliement (acquisition de la structure tridimensionnelle) des glycoprotéines. Aident les protéines nouvellement synthétisées à se replier (protéines chaperonnes).  Les motifs glucidiques portés, généralement bien exposés à la surface des glycoprotéines, participent en particulier à l’adhésion cellulaire 46  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Diversite des liaisons: Trois type de N glycannes 1) Types OlygoMan triantenneMan9GlcNac2: motif commun chez eucaryotes  Motif de tout les N glycannes du RE  Exemple de proteine: Ribophorines des ribosomes, portent 2 N glycannes, chez les eucaryotes.  Type Paucimannose chez les insects/Invertebre 2) Types Hybrides Gal, Man, et GlcN-Acetylee Glc-Nac intercalaire: ne forme jamais d’antenne Vegetaux: Xylose (β1-2) greffe sur le noyau Man Animaux: remplacee par Glc-Nac Intercalaire Sulfatation et methylations possibles 3) Types complexes: Nacetyl-Lactosaminique  Avec acide Neuraminique (NaNa, C9) NaNa: Neu5-Ac ou Neu5-Glc (type mammifere)  Galactose en peripherie Gal en 1-3:chez animal; absent chez l’Ω, (Ag de Gallili)  Glc-Nac(β1-4)Glc-Nac: antenne chitobiose (mollusques..)  Gal(β1-4)GlcNac: antenne lactosamine ches mammiferes et certains protozoaires (S. Mansonni)  Fucosylation: Animaux:(α1-6) au point d’attache et α1-3 des antennes 47 Vegetaux: (α1-4) des antennes et (α1-3) au point d’attache  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Biosynthese  Des mutants de levure défectueux dans un gène alg (glycosylation liée à l'asparagine) ont été utilisés pour identifier les enzymes ALG (Asparagine-Linked Glycosylation) responsable des nombreuses réactions de transfert.  L'oligosaccharide à 14 sucres est transféré à la chaîne latérale ASN sur la sequence N-X- S/T par un complexe oligosaccharyltransférase (OST) de 8 à 9 protéines transmembranaires. Dans les cellules de mammifères, le complexe OSTA est associé au translocon dans la membrane du RE, tandis que le complexe OSTB modifie les protéines qui ont quitté le translocon et se trouvent dans la lumière du RE.  L'assemblage du précurseur N-glycane commence du côté cytosolique de la membrane ER avec l'ajout des deux résidus GlcNAc au Dol-P, ancré dans la membrane, suivi de la fixation séquentielle du résidu β1,4Man (catalysé par ALG1), des résidus α1,3Man/α1,6Man (par ALG2), et les deux résidus α1,2Man (par ALG11).  Le Man5GlcNAc2-PP-Dol résultant est retourné dans la lumière ER où quatre résidus Man supplémentaires sont ajoutés séquentiellement. du donneur Dol-P-Man (catalysé par ALG3, ALG9, ALG12 et ALG9) pour générer Man9GlcNAc2-PP-Dol. ALG6, ALG8 et ALG10 catalysent l'addition séquentielle de trois résidus Glc pour former Glc3Man9GlcNAc2 qui est transféré en bloc par OST sur certains résidus Asn de polypeptides naissants.  Après le transfert, GI et GII éliminent les résidus Glc terminaux et intermédiaires pour générer GlcMan9GlcNAc2 48  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Biosynthese Voie de syntheses parallele au cholesterol (farnesyl pyro-P) La synthese des N-Glycan commence avec le transfer du GlcNAc-1-P de l’UDP-GlcNAc au Dol-P donnant un dolichol pyrophosphate N-acetylglucosamine (Dol-P-P-GlcNAc).  Reaction inhibee par la Tunicamycine: bloque la synthese des N-glycannes (complexe DPAGT/ALG7) (- ) (-) Bacitracine Bloque DolPPhosphatase DPAGT1: Dolichyl-Phosphate (UDP-N-Acetylglucosamine) N- Acetylglucosaminephospho transferase 1 (GlcNAc-1-P Transferase) PMM2 Phosphomannomutase 2 ; GMPP GDP-Mannose Pyrophosphorylase A&B 49 DPM 1,2,3 Dolichyl-phosphate mannosyltransferase 2) Maturation des protéines Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 N Glycosylation Contrôle qualité des Glycoproteines: Le système ERAD Le GlcMan9GlcNAc2 est reconnu et lié par les proteines CNX/CRT (Calnexine et Calreticuline) qui recrutent des chaperonnes pour faciliter le repliement de ces glycoprotéines monoglucosylées.  L'élimination du dernier résidu Glc par GII libère la glycoprotéines de CNX/CRT.  Une glycoprotéine correctement repliée est démannosylée sur la branche B par Mns1 (α1,2- mannosidase 1)/ERManI lors du trafic vers l'appareil de Golgi.  Une glycoprotéine mal repliée/incomplètement repliée est reconnue/liée par l'UGGT qui rajoute un résidu Glc pour régénérer GlcMan9GlcNAc2, forçant sa réassociation avec CNX/CRT pour le repliage.  Si une glycoprotéine mal repliée reste trop longtemps dans le RE (tentatives de repliement futiles), ses N-glycanes sont lentement démannosylé par Mns1/ERManI et les membres de la famille Htm1/EDEM (formant probablement un complexe ponté disulfure avec les membres de la famille PDI), générant des N-glycannes avec un résidu α1,6Man exposé.  La lectine ERAD (OS-9/Yos9/EBS6) reconnaît/se lie aux N-glycanes exposés à l'α1,6Man et travaille avec les proteines Hrd3/Sel1L/EBS5, qui lie les résidus hydrophobes exposés à la surface, pour amener une glycoprotéine irréparable et mal repliée sur l'ERAD ancré dans la membrane du ER complexe contenant une ubiquitine ligase (telle que Hrd1) et ses facteurs accessoires.  Le complexe HRD1 (ERAD) ubiquitine et rétrotransloque la proteine qui est ensuite escorté dans le protéasome cytosolique pour sa dégradation complète. 50  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Contrôle qualité des glycoproteines: Le système ERAD Zhang et al. 2021 N-glycan Demannosylation for ERAD ER chaperone-like lectins: CNX (membrane du RE) et CRT homologue dans la lumiere du RE. CNX/CRT recrutent les autres ER-chaperones et facilitateur de repliement: Binding Immunoglobulin Protein (BIP), et les proteins de stress de la famille HSP heat shock protein 70 (HSP70) ainsi que les Proteins Disulfide Isomerases (PDIs) essentials pour former les pond dissulfure S-S. Les proteines mal repliées sont reconnue par l'UDP glucose:glycoprotéine glucosyltransférase (UGGT). EDEM1-3 (ER degradation-enhancing α-mannosidase-like protein1-3) prend en charge les proteins ‘irreparables’ vers le systeme ERAD (Lectines α1,2-mannosidase Inactive mannosidase Htm1/EDEMs 51 (Man8B-binding lectins), Yos, et HRD) pour ubiquitinylation et retrotranslocation (sortie du RE).  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines N Glycosylation Transformation et maturation d'un N-glycane  Après le transfert de Glc3Man9GlcNAc2 vers la protéine, les glucosidases du RE éliminent trois résidus Glc et la mannosidase du RE élimine un résidu Man. Ces réactions sont intimement associées au repliement de la glycoprotéine assisté par les lectines Calnexine et Calréticuline et l'UDP-glucose:glycoprotéine glucosyltransférase (UGGT), qui déterminent ensemble si la glycoprotéine avec Man9GlcNAc2 continue vers le Golgi ou est dégradée.  Pour les protéines mal repliées dans le RE, la coupe du mannose par des protéines de type α- mannosidase I (EDEM) conduit à la formation de N-glycanes Man7GlcNAc2, qui sont reconnus par la lectine OS9, qui les escorte pour rétrotranslocation dans le cytoplasme et dégradation. L'élimination du premier Glc (et donc de tous les Glc) peut être bloquée: Castanospermine. Les résidus Man du Glc3Man9GlcNAc2, peuvent ensuite être éliminés dans le Golgi.  Pour la plupart des glycoprotéines, les résidus Man supplémentaires sont éliminés dans le compartiment cis du Golgi par une famille de mannosidases (MAN1A1, MAN1A2, MAN1C1) jusqu'à ce que Man5GlcNAc2 soit formé. Les inhibiteurs de Mannosidase: désoxymannojirimycine et kifunensine, bloquent l'élimination de ces résidus Man, laissant Man9GlcNAc2, qui n'est pas traité davantage dans le 52 Golgi.  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines La Maturation Golgienne des N-Glycannes L'action de MGAT1 (N-acetylglucosaminyltransferase ou GlcNAc-TI):  Ajoute un résidu GlcNAc au C-2 du α1-3Man au cœur de Man5GlcNAc2 dans le G. médian  Initie la première branche d'un N-glycane complexe ou hybride. Cette Réaction est bloquée chez les mutants Lec1 CHO dans lesquels MGAT1 est inactif, laissant Man5GlcNAc2, non traité dans le Golgi. L'activité α-Mannosidase II est catalysée par MAN2A1 ou MAN2A2, qui éliminent les résidus terminaux α1-3Man et α1-6Man de GlcNAcMan5GlcNAc2 pour former GlcNAcMan3GlcNAc2. Reaction bloquée par l'inhibiteur Swainsonine.  L'action de l'α-mannosidase II génère le substrat de MGAT2 (GlcNAc-TII). Le N-glycane biantennaire résultant est étendu par l'ajout de Fuc, Gal et Sia pour générer un N-glycane complexe à deux branches (Toujours après l’action de MGAT1). L'ajout de Gal ne se produit pas chez les mutants Lec8 CHO, qui possèdent un transporteur UDP-Gal inactif. Ainsi, chez les mutants Lec8, les N- glycanes complexes se terminent par GlcNAc.  Ches les vertebre fucose transferre en α1-6 sur le GlcNac au point d’attache.  Chez les invertébrés, les deux résidus centraux GlcNAc peuvent recevoir un Fuc (α1-3 et/ou α1-6)  Chez les plantes, le Fucose est transféré au GlcNAc lié à l'Asn uniquement dans la liaison α1-3  Chez les végétaux et helminthiques, l’ajout de β1-2Xyl au β-Man du noyau est courant. Cette xylosyltransférase nécessite également l'action préalable de MGAT1. Pas de Xylose chez vertébrés 53 2) Maturation des protéines Processing Golgien Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 L'ajout de Sia ne se produit pas chez les mutants Lec2 CHO, qui possèdent un transporteur CMP-Sia inactif. Chez les mutants Lec2, les N-glycanes complexes se MAN1B1 terminent par Gal. Les N-glycanes complexes peuvent contenir beaucoup plus de sucres que ce qui est montré sur cette figure: des résidus supplémentaires attachés au noyau, des branches, des MAN1C1 MAN1A2 MAN1A1 prolongements par des unités poly-LacNAc et différents épitopes de « coiffage ». Precurseur Type Olygomannose Glycannes Hybride Glycanne biantenne Glycanne complexe Cas particulier des hydrolases lysosomales: Acquièrent une GlcNAc-1-P en C-6 des MAN2A1 MAN2A2 MGAT1 résidus Man sur les oligomannose N-glycanes MGAT2 FUT8 dans le cis-Golgi par la N-acétylglucosamine- 1-phosphotransférase (hétérodimère de GNPTAB et GNPTG). Le GlcNAc est éliminé dans le trans-Golgi par une phosphodiester N- Sialyl Tf Gal Tf Glycanne complexes acétylglucosamindase (NAGPA), exposant ainsi le Man-6-P reconnu par un récepteur Man-6-P (M6PR) et acheminé vers un compartiment prélysosomal acidifié. 54  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Processing Golgien Modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines ERGIC 55  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 2) Maturation des protéines La O-Glycosylation Exemples de O-Glycannes: Collagene: Hydroxylation des Lys et Prolines (co-traductionnelle), puis O-Glycosylation: Golgi Mucine: sur Ser/Thr liees a GalNac Autre Types: glycogenine, facteurs de transcription… Dans la O-glycosylation, la liaison entre la protéine et la partie glucidique se fait entre la chaîne latérale d’un résidu serine ou thréonine (ou hydroxylysine/ Hydroxyproline) et une N- acétylgalactosamine. Cette liaison est appelée O-glycosidique  Dans le collagène, le sucre impliqué est un galactose et l’acide aminé une hydroxylysine.  Se déroule dans l’appareil de Golgi, séquentiellement, à partir d’oses activés par leur liaison avec un nucléotide, pas de précurseur oligosaccharidique. Les chaînes glucidiques sont beaucoup plus courtes que pour la N-glycosylation, Les Noyaux (Core) sont de 1 a 3 résidus osidiques seulement. Les chaînes obtenues sont beaucoup plus variées  La O-glycosylation est souvent non permanente  Les O-Glycanne liberees en milieu alcalin (NaOH, 0,1M, 20 C, 24H): Formation de Di-Itol56  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines O-Glycosylation: Golgi Median et Trans Glycopeptide bond Consensus sequence or peptide motif N-linked: GlcNAc-β-Asn Asn-X-Ser/Thr (X = any amino acid except Pro) Glc-β-Asn Asn-X-Ser/Thr O-linked: GalNAc-α-Ser/Thr repeat domains rich in Ser, Thr, Pro, Gly, Ala with no specific sequence GlcNAc-α-Thr Thr-rich domain near Pro residues GlcNAc-β-Ser/Thr Ser/Thr-rich domains near Pro, Val, Ala, Gly EGF modules (Cys-X-X-G-X-Ser/Thr-G-X-X-Cys) Man-α-Ser/Thr α Ser/Thr-rich domains Fuc-α-Ser/Thr EGF modules (Cys-X-X-X-X-Ser/Thr- Cys) TSR modules (Cys-X-X-Ser/Thr-Cys-X-X-Gly) La première étape de la glycosylation est l'ajout Glc-β-Ser EGF modules (Cys-X-Ser-X-Pro/Ala-Cys) Xyl-β-Ser Ser-Gly (in the vicinity of one or more acidic de GalNAc en liaison α sur une Ser ou Thr par residues) Glc/GlcNAc-Thr Rho: Thr-37; Ras, Rac; Cdc42: Thr-35 un polypeptide GalNAc-transférase Gal-Thr Gly-X-Thr (X = Ala, Arg, Pro, Hyp, Ser) (vent worm) (ppGalNAcT ; GALNT). L’Humain possèdent 20 Gal-β-Hyl collagen repeats (X-Hyl-Gly) gènes codant pour les GALNT(règne animal) Ara-α-Hyp repetitive Hyp-rich domains (e.g., Lys-Pro-Hyp-Hyp- Val) Absents chez bactéries, levures ou plantes. GlcNAc-Hyp Skp1: Hyp-143 (Redondance et différences de spécificité du Glc-α-Tyr glycogenin: Tyr-194 substrat). Suppression de GALNT uniques chez les GlcNAc-α-1-P-Ser Ser-rich domains (e.g., Ala-Ser-Ser-Ala) Man-α-1-P-Ser Ser-rich repeat domains mammifères entraîne des défauts de différenciationC-linked: des organes et des cellules. Man-α-C-Trp Trp-X-X-Trp 57  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Organisation des enzymes golgiennes et role des O-Glycannes ROLE: Les O-glycanes contribuent à l’hydratation, au soutien structurel, à l’interaction avec le microbiome et à la protection contre la protéolyse.  La glycosylation de l'O-GalNAc sur un/des sites de certaines protéines régule le clivage de la proprotéine, l'excrétion des ectodomaines, la liaison du ligand et les interactions cellule- cellule et cellule-matrice, influençant la Formation/Différenciation des tissus. 58  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Modèle simplifié d'une grande Mucine sécrétée  Le domaine PTS, riche en Noyaux étendus: 1, 2,3 et 4 Pro, Thr et Ser, est fortement O-glycosylé sur Ser/Thr.  La mucine prend une conformation étendue en « goupillon ». Les régions riches en cystéine forment des liaisons disulfure générant de gros polymères de plusieurs millions de Daltons.  Les domaines D présentent des similitudes avec le facteur Willebrand de la coagulation et sont également impliqués dans la polymérisation. Les glycanes O-GalNAc à noyau étendu 1, 2, 3 ou 4 proviennent de  Attachés à la mucine se mucines respiratoires humaines, et le glycane à noyau étendu 3 O- GalNAc provient également de mucines coliques humaines. trouvent des glycanes Les quatre structures centrales (encadrées) peuvent être étendues, complexes O-GalNAc avec ramifiées et terminées par des déterminants antigéniques Fuc, Sia ou différents noyaux encadrés en de groupe sanguin. gris. 59  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines La C-Glycosylation L'atome C-1 d'un résidu mannose est ajouté en liaison α à l'atome C-2 du noyau Indole du tryptophane (Trp) dans la protéines cible. Exemple: Domaines TSRs et recepteurs aux cytokine de type 1 Il s'agit d'une liaison glycosidique rare: liaison C-C plutôt que d'une liaison C-O ou C-N. Les études de biosynthèse dans les lignées cellulaires de mammifères suggèrent que la C-mannosylation est répandue (10% des protéines).  Absente chez les bactéries et les levures. 60  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 Bleu Vert Jaune 2) Maturation des protéines Les antigènes des groupes sanguins A, B et H sont des glycannes présentés sur des structures de: Type 1: Gal(β1-3)GlcNac Type 2: Gal(β1-4)GlcNac Type 3: O-GalNAc Type 4: Glycolipides. Les déterminants A ou B sont ensuite formés à partir des H de type 1, 2, 3 ou 4 par des GTs codées par le locus ABO. L'allèle A code pour l'α1-3GalNAcT (A3GALNT) qui génère l'épitope glycane A formant le groupe sanguin A. L'allèle B du locus ABO code pour l'α1-3GalT (A3GALT1) qui forme le déterminant glycane B et génère le groupe sanguin B. Les allèles O au locus ABO codent pour une glycosyltransférase A/B Les antigènes des groupes sanguins sont formés par l'action fonctionnellement inactive. séquentielle de glycosyltransférases codées par les gènes ABO, H et Se, désormais appelés locus ABO, FUT1 et FUT2. 61  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 2) Maturation des protéines Specificite de substrat des GTs La spécificité stricte du substrat accepteur des glycosyltransférases est illustrée par la galactosyltransférase α1-3 du groupe sanguin B humain. La B transférase ajoute du galactose dans la liaison α1-3 à l'antigène H (en haut au milieu) pour former l'antigène B (en haut à droite).  Cette enzyme nécessite la modification du precurseur par un Fucose; liée en α1-2 dans l'antigène H; pour son activité. La B transférase ne s'ajoute pas à un précurseur de type 2 non modifié (en haut à gauche) ou à des précurseurs modifiés par des résidus Sialylés (en bas) ou d'autres monosaccharides. 62  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Le systeme sanguine ABO  Les individus qui synthétisent exclusivement des déterminants A sont du groupe sanguin A et ont le génotype AA ou AO.  Les individus du groupe sanguin B sont BB ou BO.  Les individus qui expriment un allèle A et un allèle B ont le génotype AB.  Les individus du groupe sanguin O exprimant la glycosyltransférase A/B inactive ont le génotype OO. Ils expriment uniquement l'antigène H. 63  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Représentation schématique de la membrane d’une hématie Les protéines membranaire représentée servent de point d’ancrage à un important squelette sous- membranaire (formé de spectrine), qui donne sa forme au globule rouge.  On note les glycosylations importantes au niveau de la face extracellulaire, plasmatique. Deux exemples d’antigènes membranaires sont présentés : les glycosylations (sur des lipides ou des protéines) du groupe ABO, et l’épitope protéique du groupe Rhésus D. L’hémagglutinine, une protéine virale du virus de l’influenza responsable de la grippe, se lie aux acides sialiques des cellules qu’il infecte, ce qui provoque un changement de conformation de cette protéine et permettant l’entrée du virus dans la cellule. 64  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Glycosylation: Repliement correct des proteins Stabilite et protection Adhesion cellule/cellule Signal et reconnaissance 65  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Glycation des proteines La glycation correspond à une réaction entre un acide aminé et un saccharide. Liaison covalente entre un NH2 d’un acide aminé, le plus souvent une lysine, et un carbonyle (acide carboxylique R-CO-OH, cétone R-CO-R' ou aldéhyde R-CO-H) d’un saccharide, généralement du glucose, donnant naissance à une Carbonyl-Amine. La réaction initiale entre une amine primaire et un carbonyle, avec déshydratation, est suivie par des réarrangements (Rearangements d'Amadori). Les produits d'Amadori issus évoluent avec le temps en AGE (Advanced Glycated End Products) ou PTG (produits terminaux de glycation) de nature très variée.  Importante chez le diabétique  Particulièrement étudiée chez l’hémoglobine, dite Glyquée, appelée HbA1c. L’hémoglobine d’une personne est d’autant plus glyquée que sa glycémie est élevée. Le taux de glycation de l’hémoglobine renseigne sur la glycémie moyenne des 2 à 3 mois précédents la mesure (Analyse complémentaire d’une mesure instantanée de la glycémie).  Glycation des proteines cristallines de l’oeil: opacification du cristallin (pontages protéiques). 66  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 23/11/2023 2) Maturation des protéines Glycation et dommages cellulaires  Les protéines ayant un faible turnover peuvent évoluer jusqu’au stade de produits terminaux de Glycation (PTG) chez les prédisposées. La glycation elevee Provoque des pontages entre protéines, notamment du collagène, d’ou une diminution de l’élasticité des tissus se traduisant par le vieillissement de la peau. Les PTG circulants (notamment des lipoprotéines) sont reconnus par des récepteurs spécifiques RAGE (pour Receptor for Advanced Glycation Endproducts ou récepteur aux produits de glycation avancés, Galectin 3, etc.) présents sur les cellules endothéliales des vaisseaux sanguins, monocytes, neurones, cellules musculaires lisses, fibroblastes, etc. La liaison des PTG aux recepteurs RAGE entraîne:  Un stress oxydatif (production de radicaux libres)  Une augmentation de la perméabilité des vaisseaux  La production de cytokines ou de facteurs de croissance  Des lésions vasculaires de la rétine (rétinopathies liées à la production de Vascular Endothelium Growth Factor ou VEGF) ou du rein (insuffisance rénale). 67  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 24/11/2023 PLAN 1) Biosynthèse des protéines 2) Modifications post-traductionnelles et maturation 3) Protéolyse et pathologies structurales 68  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 3) La protéolyse Protéolyse = dégradation des protéines corporelles « Catabolisme protéique » ≠ « Catabolisme oxydatif des AA» Systèmes protéolytiques (systèmes multiples & spécifiques) ➔ Voie lysosomale ➔ Voie calcium dépendante ➔ Voie ubiquitine-protéazome dépendante - Mécanismes moins connus que ceux de la synthèse. Il existe des Signaux responsables de la dégradation des protéines Principale source d’acides aminés chez l’Homme (75 % contre 25 % pour les apports) 69  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse A) Voie lysosomale 70  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse Biogenèse et devenir des lysosomes 71  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse Le Lysosome 72  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse Voies d’accès des matériaux à dégrader dans le lysosome Dégradation des N-glycanes de type complexe. La voie de dégradation lysosomale des glycoprotéines portant des glycanes de type complexe se déroule simultanément sur les fragments protéine et glycane.  Les lysosomes contiennent environ 50 à 60 hydrolases solubles qui dégradent diverses macromolécules Perte d'une seule hydrolase lysosomale: accumulation de son substrat sous forme de fragments non dégradés dans les tissus/urines. Les enzymes lysosomales sont toutes N-glycosylées et la plupart sont ciblées sur le lysosome par la voie du mannose 6-phosphate, (affinité pour récepteurs du mannose 6- phosphate). Maladie genetique: Thesaurismose: syalilose (defaut de Neuraminidase), Fucosidose (α fucosidase), Gangliosidose: defaut βGalactosidase ou d’Hexoaminidase (Maladie de SandHoff) Mannosidose: Defaut de Mannosidase α ou β (voir tableau) 73  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse Glycoproteinose: defaut de degradation des glycoproteines Effects on degradation of Disorder Defect Glycoprotein Glycolipid Clinical symptoms α-Mannosidosis α-mannosidase major none type I: infantile onset, progressive (types I and II) intellectual disability, hepatomegaly, death between 3 and 12 yr type II: juvenile/adult onset, milder, slowly progressive β-Mannosidosis β-mannosidase major none severe quadriplegia, death by 15 mo in most severe cases; mild cases have intellectual disability, angiokeratoma, facial dysmorphism Aspartylglucosamin aspartyl- major none progressive, coarse facies, uria glucosaminidase intellectual disability Sialidosis sialidase major minor progressive, severe (mucolipidosis I) mucopolysaccharidosis-like features, intellectual disability Schindler (types I α-N-acetyl- yes ? type I: infantile onset, neuroaxonal and II) galactosaminidase dystrophy, severe psychomotor delay and intellectual disability, cortical blindness, neurodegeneration type II: mild intellectual impairment, angiokeratoma, corpus diffusum Galactosialidosis protective major minor coarse facies, skeletal dysplasia, protein/cathepsin A early death Fucosidosis α-fucosidase major minor spectrum of severities includes psychomotor delay, coarse facies, growth retardation GM1 gangliosidosis β-galactosidase minor major progressive neurological disease and skeletal dysplasia in severe infantile form GM2 gangliosidosis β-hexosaminidase Minor major severe form: neurodegeneration with death by 4 yr less severe form: slower onset of symptoms and variable symptoms, all relating to various parts of the central nervous system MAN2B2 deficiency α1,6-mannosidase Major none psychomotor developmental delay, microcephaly, growth retardation 74  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse B) Voie calcium dépendante: système Calpaine/Calpastatine Calpaine: Protéases à cystéine, non-lysosomiales, dont l'activité, de type papaïne, est dépendante du calcium. - Deux calpaïnes cytosoliques (m et μ) Activité fonction de la concentration en Calcium - Spécialisées dans la dégradation des protéines du cytosquelette - La calpastatine est un inhibiteur puissant de ces calpaïnes - Activité protéolytique fonction de l’équilibre Calpaïnes/Calpastatine - Role dans l’inflamation et la modulation de signaux cellulaires Cellules musculaires: la m-calpaïne dégrade  Molécules d'actine et de myosine libérées. la nébuline et filaments de titine à la surface de  Fragments polypeptidiques produits par la la myofibrille au point où ils pénètrent dans le calpaïne par dégradation de la titine, de la disque Z. Cette dégradation rompt nébuline, de la desmine, de la troponine, de la l’attachements de protéines du disque Z au tropomyosine et de la protéine C : ubiquitation. reste de la myofibrille, libérant des protéines  Dégradée en acides aminés par le protéosome et du disque Z telles que l’α-actinine. les peptidases cellulaires ou par les cathepsines lysosomales.  Libération des filaments épais et fins de la 75 surface myofibrillaire.  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse C) Voie ubiquitine-protéasome dépendante (ATP dép) Ubiquitination des substrats - Ubiquitine = prot de 76 AA - Substrat = protéines intra-cell normales et anormales - Fixation covalente aux prot-cibles (U-COOH ter ↔NH2 ter-Lys-prot) Ubiquitination nécessite plusieurs enzymes * E1 (« ubiquitine activating enzyme ») + ATP active l’ubiquitine * E2s catalysent la liaison avec substrat (« ubiquitine activating enzymes ») * E3s(pas tjrs) ont des sites pour substrat (« ubiquitine protein ligases ») → Formation de complexes multiubiquitinylés: dégradation par le protéasome 76  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse La voie ubiquitine-protéasome dépendante 77  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 25/11/2023 3) La protéolyse Activation de proteines cellulaires et Inflammation (Extracellulaire) Proteines cytoplasmiques 78  Dr. Mârouf BABA AHMED UN 2023-2024 20/11/2023 5) La protéolyse Conclusion sur la protéolyse  Protéolyse lysosomale généralement non sélective (sauf protéines KFERK)  Une Voie calcium dépendante (cytosquelette et inflammation): Calpaine Règle du N-terminal: AA de l ’extrémité N-ter (« N-end rule) (prot musculaires)  Déstabilisants (Arg, Lys, His) → demi-vie courte (reconnus par E3s) Stabilisants (Met, Ser) → demi-vie longue Deux systèmes principaux: Le système ubiquitine-protéasome et autophagie-lysosome  Le premier prend majoritairement en charge la dégradation des protéines de durée de vie courte  Le second est notamment impliqué dans la dégradation des protéines à durée de vie longue, des complexes protéiques et des organites (mitochondries, peroxysomes, RE, par exemple) 79