Lipidforankret protein

De lipidankrede proteinene er proteiner lokalisert på begge sider av plasmamembranen og som er bundet av kovalent til lipidene i denne membranen . Lipidavslutningen av disse proteinene settes inn i strukturen til lipid-dobbeltlaget og finner sted blant de alifatiske kjedene til de andre fettsyrene som utgjør den. Membranlipiden tjener således til å forankre proteinet til plasmamembranen. Dette er proteolipider .

De gruppene lipid som er involvert i interaksjonen av proteinet og kan bidra til den biologiske funksjonen av proteinet til hvilket de er knyttet til. Lipiden kan også formidle membranassosiasjon eller som en determinant for visse protein-protein-interaksjoner . For eksempel kan lipidgrupper spille en viktig rolle i å øke hydrofobisiteten til et molekyl, noe som gjør at proteindomener kan samhandle med biologiske membraner. Lipidering kan også isolere et enzym fra substratet , som inaktiverer enzymet.

Tre hovedtyper lipidankrede proteiner er kjent : prenylerte proteiner, acylerte proteiner og glykosylfosfatidylinositol (GPI) forankrede proteiner .

Foranylerte proteiner

Proteiner prenylerte er proteiner med polymert hydrofobt av isopren - forgrenede enheter til fem karbonatomer - er bundet kovalent til en eller flere rester av cystein . Spesielt er disse gruppene isoprenoid , farnesyl generelt (tre isoprenenheter) og geranylgeranyl (fire isoprenenheter) koblet til proteinet ved å koble tioeter ved cysteinrester nær slutten av C- terminalen til proteinet. Prenylering av proteiner letter deres interaksjon med membraner.

Motivene "CaaX box" -typen er de vanligste proteinprenyleringsstedene, med prenylgrupper som binder til cysteinrester av CaaX-bokser. Den CAAX-motivet er sammensatt av fire amino -syreester  : C representerer et cystein; a representerer hvilken som helst alifatisk aminosyre ; og X representerer en rest hvis natur bestemmer typen prenylering som skal forekomme på proteinet: hvis det er en rest av alanin , metionin , serin eller glutamin, vil proteinet farnesyleres av en farnesyltransferase  (en) , mens det er en leucin rest, så vil proteinet være geranylgeranyl av en type 1 geranylgeranyltransferase . Disse to enzymene er like, hver inneholder to underenheter .

Biologiske funksjoner

De prenylerte proteinene er spesielt viktige for vekst, differensiering og morfogenese av celler av eukaryoter . Prenylering av proteiner er også en reversibel endring etter translasjon av visse membranproteiner . Den dynamiske interaksjonen mellom prenylerte proteiner og plasmamembraner er en viktig prosess i cellesignalering som ofte forstyrres i sykdommer som kreft . Spesielt blir Ras-proteiner prenylert av farnesyltransferase  (fr), og når de aktiveres, aktiverer de også gener involvert i cellevekst og differensiering, og derfor kan overaktivering av Ras-proteiner indusere kreft, forståelse av rollen og funksjonen til disse prenylerte proteiner som har vært et viktig element i utviklingen av visse anticancer legemidler .

I tillegg til Ras-proteiner, er Rab-proteiner og Rho  (in) prenylerte og laminae .

Acylerte proteiner

Proteiner acylerte er proteiner som har gjennomgått post-translasjonell modifikasjon fører til kovalent binding av en fettsyre med en eller flere rester av aminosyrer . Fettsyrene som oftest bundet til proteiner er myristinsyre og palmitinsyre , C 14 mettede fettsyrer.og i C 16henholdsvis. Proteiner kan knyttes til en eller begge av disse fettsyrene samtidig.

N- Myristoylation

Den N -myristoylation, det vil si, den kovalente bindingen av myristinsyre til et protein, er en irreversibel endring som vanligvis oppstår under biosyntesen av proteiner i hvilken myristinsyre er bundet til gruppen a- amin en rest av glycin N - terminal gjennom en binding amid . Denne reaksjonen tilrettelegges av glykylpeptidet N- tetradekanoyltransferase 1  (en) og gjelder proteiner hvis sekvens vanligvis begynner med Met - Gly med en serin- eller treoninrest i posisjon 5. De N- myristoylerte proteiner er involvert i kaskadene av signaltransduksjon , protein -proteininteraksjoner, og mekanismer som regulerer målretting og funksjon av protein. Dette er for eksempel tilfelle med apoptose , eller programmert celledød. Myristoylering av BID-protein  (in) markerer proteinet som skal flyttes til den ytre mitokondriale membranen og frigjør cytokrom c , som igjen utløser celledød. De actin og gelsolin også involvert i apoptose som svar på myristoylering.

S -Palmitoylation

Den S -palmitoylation, det vil si, den kovalente bindingen av palmitinsyre til et protein, er en post-translasjonell modifikasjon vendbar i løpet av hvilken en palmitinsyre molekyl er bundet til en rest av cystein bestemt ved hjelp en tioester -binding . Vi snakker også om S -acylering  (en) når andre fettsyrekjeder også er knyttet til palmitoylproteiner. En konsensus-sekvens for proteinpalmitoylering er ikke identifisert . Palmitoylerte proteiner finnes primært på den cytosoliske siden av plasmamembranen , hvor de spiller en rolle i cellesignalering . Palmitoyl-gruppen kan spaltes av palmitoyl-proteintioesteraser  (en) . Det antas at denne depalmitoylering kan regulere interaksjonen av proteinet med membranen og dermed virke på transmembran signalering.

Palmitoylering er også involvert i reguleringen av lokalisering, stabilitet og intracellulær sirkulasjon av proteinet. Palmitoylering forekommer for eksempel i grupperingen av proteiner i synapsen , der den spiller en rolle i cellesignalering. Når protein PSD-95  (in) palmitoyleres, er det således begrenset på membranen og lar det binde seg til ionekanaler og akkumuleres ved den postsynaptiske membranen, slik at palmitoylering kan gripe inn i reguleringen av nevrotransmitterfrigivelse .

Palmitoylering modulerer affiniteten til et protein for lipidflåter og letter agglomerering av proteiner. Agglomerering av proteiner kan fremme samlingen av to molekyler eller tvert imot isolere et protein fra substratet . For eksempel flytter palmitoylering av fosfolipase D dette enzymet bort fra fosfatidylkolin , som er dets substrat; når kolesterolnivået synker eller nivået av fosfatidylinositol-4,5-bisfosfat (PIP 2) øker, blir den intracellulære lokaliseringen av de palmitoylerte proteinene modifisert og enzymet beveger seg i retning av PIP 2, som får det til å møte fosfatidylkolin: det er en aktivering ved presentasjon av substratet  (in) .

GPI-forankrede proteiner

Proteiner bundet til et glykosylfosfatidylinositol (GPI) komplekset blir koblet ved hjelp av en amid- binding på den C- terminale karbonyl- gruppe . Dette GPI-komplekset består av flere komponenter som er sammenkoblet: et fosfoetanolamin , et lineært tetraholosid bestående av tre rester av mannose og en rest av glukosamin og en fosfatidylinositol . Fosfatidylinositol- gruppen er knyttet til det ikke- N- acetylerte glukosaminet av tetraholosid gjennom en osidisk binding . Det dannes en fosfodiesterbinding mellom fosfoetanolamin og mannose ved den ikke-reduserende enden av tetraholosidet. Fosfoetanolaminen blir deretter bundet til den C- terminale karboksylen av proteinet gjennom en amidbinding.

Binding av proteinet til GPI oppnås ved hjelp av et GPI-transamidase-kompleks. Fettsyrekjedene av fosfatidylinositol settes inn i den ytre brosjyren til lipid-dobbeltlaget i plasmamembranen , som forankrer proteinet til sistnevnte.

Biologiske funksjoner

De osidiske restene av tetraholosid og fettsyrerester av fosfatidylinositolgruppen varierer avhengig av proteinet. Det er dette strukturelle mangfoldet som gir GPI-forankrede proteiner et bredt utvalg av biologiske funksjoner, inkludert å virke som hydrolaser , celleadhesjonsproteiner , reseptorer , proteaseinhibitorer og komplement regulatoriske proteiner  (in) .

GPI-forankrede proteiner spiller også viktige roller i embryogenese , neurogenese , utvikling , immunsystem og befruktning . Mer presist, GPI-forankring av proteinet Junon  (en) av egget spiller en avgjørende rolle i fusjonen av sædcellen med egget. Frigjøringen av dette proteinet fra GPI-ankeret til plasmamembranen i egget blokkerer fusjonen av sistnevnte med sædceller, noe som kan bidra til blokkering av polyspermi .

Merknader og referanser

  1. (in) Gerald Karp, Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments , 2009, John Wiley and Sons, s.  128 . ( ISBN  978-0-470-48337-4 )
  2. (i) D. Voet, Voet JG Pratt og CW, Fundamentals of Biochemistry: livet på molekylært nivå , 4 th  ed, 2013, Wiley,. S.  263 . ( ISBN  978-0470-54784-7 ) .
  3. (en) Patrick J. Casey og Miguel C. Seabra , “  Protein Prenyltransferases  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  271, n o  10 8. mars 1996, s.  5289-5292 ( PMID  8621375 , DOI  10.1074 / jbc.271.10.5289 , les online )
  4. (en) Giuseppe Novelli og Maria Rosaria D'Apice , “  Protein farnesylation and disease  ” , Journal of Inherited Metabolic Diseases , vol.  35, n o  5, september 2012, s.  917-926 ( PMID  22307208 , DOI  10.1007 / s10545-011-9445-y , les online )
  5. (no) Michael AJ Ferguson , Lipid anchors on membrane proteins  " , Current Opinion in Structural Biology , Vol.  1, n o  4, August 1991, s.  522-529 ( DOI  10.1016 / S0959-440X (05) 80072-7 , les online )
  6. (in) Kimberly T. Lane and S. Lorena Beese , Thematic review series: Lipid Changes Posttranslational. Strukturell biologi av protein farnesyltransferase og geranylgeranyltransferase type I  ” , Journal of Lipid Research , vol.  47, n o  4, April 2006, s.  681-699 ( PMID  16477080 , DOI  10.1194 / jlr.R600002-JLR200 , les online )
  7. (i) Viktor Stein, H. Marta Kubala, Jason Steen, Sean M. Grimmond og Kirill Alexandrov , Towards the Systematic Mapping and Engineering of the Protein Prenylation Machinery in Saccharomyces cerevisiae  " , PLoS One , vol.  10, n o  3, 13. mars 2015, artikkel nr .  e0120716 ( PMID  25768003 , PMCID  4358939 , DOI  10.1371 / journal.pone.0120716 , Bibcode  2015PLoSO..1020716S , les online )
  8. (i) David S. Goodsell , The Molecular Perspective: The Ras Oncogene  " , The Oncologist , Vol.  4, n o  3, 1999, s.  263-264 ( PMID  10394594 , les online )
  9. (en) Marilyn D. Resh , “  Trafficking and signaling by fatty-acylated and prenylated proteins  ” , Nature Chemical Biology , vol.  2, n o  11 November 2006, s.  584-590 ( PMID  17051234 , DOI  10.1038 / nchembio834 , les online )
  10. (en) John P. Wilson, Anuradha S. Raghavan, Yu-Ying Yang, Guillaume Charron og Howard C. Hang , “  Proteomic Analysis of Fatty-acylated Proteins in Mammalian Cells with Chemical Reporters Reveals S-Acylation of Histone H3 Variants  ” , Molecular & Cellular Proteomics , vol.  10, n o  3, 11. mars, Artikkel nr .  M110.001198 ( PMID  21076176 , PMCID  3.047.146 , DOI  10.1074 / mcp.M110.001198 , les online )
  11. (i) Thalia A. Farazi Gabriel Waksman og Jeffrey I. Gordon , The Biology and Enzymology of Protein N -Myristoylation  " , Journal of Biological Chemistry , vol.  276, n o  43, 26. oktober 2001, s.  39501-39504 ( PMID  11527981 , DOI  10.1074 / jbc.R100042200 , les online )
  12. (i) Dale Martin DO, Erwan G. Beauchamp og Luc Berthiaume , Post-translationell myristoylering Fett betyr noe i cellulært liv og død  " , Biochemistry , vol.  93, n o  1, januar 2011, s.  18-31 ( PMID  21056615 , DOI  10.1016 / j.biochi.2010.10.018 , les online )
  13. (in) Clara Aicart-Ramos, Ana Ruth Valero Ignacio Rodriguez-Crespo , Protein palmitoylation and subcellular trafficking  " , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , vol.  1808 n o  12 Desember 2012, s.  2981-2994 ( PMID  21819967 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2011.07.009 , les online )
  14. (in) Rochelle Hines og Mr. Alaa El-Husseini, "Mechanisms That Regule Protein Neuronal Clustering at the Synapse" Alexander Dityatev og Alaa El-Husseini, Molecular Mechanisms of Synaptogenesis , s.  72-75 , Springer, Boston, USA, 2006. ( ISBN  978-0-387-32560-6 )
  15. (i) Ilya Levental Daniel Lingwood, Michal Grzybek, Ünal Coskun og Kai Simons , Palmitoylation regulates raft affinity for the majorité raft of integral proteins  " , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  107, n o  51, 21. desember 2010, s.  22050-22054 ( PMID  21131568 , PMCID  3009825 , DOI  10.1073 / pnas.1016184107 , Bibcode  2010PNAS..10722050L , les online )
  16. (i) E. Nicholas Petersen, Hae-Won Chung, Arman Nayebosadri og Scott B. Hansen , Kinetic disruption of lipid rafts is a mechanosensor for phospholipase D  " , Nature Communications , Vol.  7, 15. desember 2016, Artikkel nr .  13873 ( PMID  27976674 , PMCID  5,171,650 , DOI  10.1038 / ncomms13873 , bibcode  2016NatCo ... 713873P , les online )
  17. (i) Carol V. Robinson, Tibor Rohacs og Scott B. Hansen , Tools for Understanding Nanoscale Lipid Regulation of Ion Channels  " , Trends in Biochemical Sciences , vol.  44, n o  9, september 2019, s.  795-806 ( PMID  31060927 , PMCID  6729126 , DOI  10.1016 / j.tibs.2019.04.001 , les online )
  18. (i) E. Nicholas Petersen, Arif Mahmud Pavel Wang Hao og Scott B. Hansen , Disruption of palmitate-mediated localization; en delt kraftvei og bedøvelsesaktivering av TREK-1-kanaler  ” , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , vol.  1862 n o  1, januar 2020, Artikkel nr .  183091 ( PMID  31672538 , PMCID  6,907,892 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2019.183091 , les online )
  19. (en) Taroh Kinoshita og Morihisa Fujita , Biosyntese av GPI-forankrede proteiner: spesiell vekt på GPI lipid remodeling  " , Journal of Lipid Research , vol.  57, n o  1, januar 2016, s.  6-24 ( PMID  26563290 , PMCID  4689344 , DOI  10.1194 / jlr.R063313 , les online )
  20. (i) Hiroh Ikezawa , glykosylfosfatidylinositol (GPI) -forankrede proteiner  " , Biological and Pharmaceutical Bulletin , vol.  25, n o  4, april 2007, s.  409-417 ( PMID  11995915 , DOI  10.1248 / bpb.25.409 , les online )
  21. (in) Taroh KINOSHITA , Biosynthesis and Deficiencies of glycosylphosphatidylinositol  " , Proceedings of the Japan Academy, Series B , Vol.  90, n o  4, 11. april 2014, s.  130-143 ( PMID  24727937 , PMCID  4055706 , DOI  10.2183 / pjab.90.130 , Bibcode  2014PJAB ... 90..130K , les online )
  22. (in) Scott A. Coonrod Soren Naaby-Hansen, Jagathpala Shetty, Hiroaki Shibahara, Michellee Chen, Judith M. White og John C. Herr , Treatment of Mouse Oocytes with PI-PLC Releases 70-kDa (pH 5) and 35- til 45-kDa (pI 5.5) Proteinklynger fra eggoverflaten og hemmer sperma - Oolemma Binding and Fusion  ” , Developmental Biology , vol.  207, n o  to 15. mars 1999, s.  334-349 ( PMID  10068467 , DOI  10.1006 / dbio.1998.9161 , les online )