Les multiples rôles de l’ubiquitinylation des protéines

Les réactions d’ubiquitinylation représentent une modification covalente post-traductionnelle des protéines, et changent les propriétés des protéines cibles et leur destin cellulaire comme le fait la phosphorylation. L’ubiquitinylation est d’abord et surtout connue pour son rôle dans le guidage des protéines vers une voie de dégradation, mais plusieurs études récemment publiées lui attribuent de nouvelles fonctions inattendues. L’ubiquitine est une protéine de 76 acides aminés, couplée aux protéines à la suite de l’action concertée de trois enzymes. E1 (ubiquitin-activating enzyme, UBC) active l’ubiquitine en présence d’ATP, pour former une liaison thioester de haute énergie sur la glycine amino-terminale de l’ubiquitine. L’ubiquitine est ensuite transférée à une protéine E2 (ubiquitin-conjugating enzyme) chargée de sa conjugaison sur un groupe ε-NH2 d’une lysine de la protéine cible, en coordination avec une protéine E3 (ubiquitin protein-ligase) qui contrôle la spécificité du système en reconnaissant la cible. Il existe dans la cellule plusieurs E2 (E2a, E2b, E2c) et la famille des enzymes E3 ne cesse de s’agrandir. La reconnaissance du substrat peut être directe par la séquence primaire de la cible, ou induite après phosphorylation de la cible ou interaction de la cible avec une molécule chaperon. Une chaîne de poly-ubiquitinylation est réalisée par l’addition successive de molécules d’ubiquitine sur la lysine 48 de l’ubiquitine précédente dans la chaîne. La protéine poly-ubiquitinylée est ensuite dégradée par le protéasome, l’ubiquitine libérée étant recyclée (pour revue, voir [1, 2]). L’ubiquitinylation est une étape importante de la voie d’activation des facteurs de transcription de la famille NF-κB (m/s 1999, n°3, p.419). Dans le cytoplasme, NF-κB est maintenu inactif par une sous-unité inhibitrice IκB, et c’est une réaction d’ubiquitinylation qui conduit à l’activation de NFκB via la dégradation de l’inhibiteur IκB. Dans une première étape, l’engagement de nombreux récepteurs de surface comme les récepteurs du TNF (tumor necrosis factor) ou de l’IL-1 (interleukine-1) ou la production de différents stress cellulaires (drogues, radiations, radicaux libres) [3] activent un complexe multi-protéique comprenant deux sérine kinases spécifiques d’IκB (IKKα, IKKβ) [4] qui phosphorylent les sérines 32 et 36 en amino-terminal de IκB. Puis, une enzyme E3 : βTrCP ou E3RSIκB, de la famille SCF (Skp-1-cullin-Fbox/WD repeat) (m/s 1999, n°8-9 p.1008), reconnaît IκB phosphorylé sur les deux sérines et attire ensuite, via son domaine Fbox, la sous-unité Skp1. Cette dernière sert d’adaptateur pour les protéines Cullin-1 et ROC1 qui recrutent l’enzyme E2 (UBC5 : ubiquitin conjugating enzyme). L’ubiquitinylation s’effectue sur les lysines 21 et 22 de IκB, entraînant sa dégradation par le protéasome et libérant NF-κB qui peut alors gagner le noyau [4-6] (figure 1). La séquence reconnue par E3RSIκB (DpSGXXpS) est retrouvée dans trois autres protéines : cactus, l’équivalent d’IκB chez la drosophile, la β-caténine et la protéine du VIH Vpu. Après ubiquitinylation, cactus, β-caténine et la molécule CD4 associée à Vpu sont dégradés. Une nouvelle fonction de l’ubiquitinylation a été mise en évidence dans la voie d’activation de NF-κB par l’interleukine-1 (IL-1). Le récepteur de l’IL-1 utilise de nombreux adaptateurs, dont l’ubiquitine ligase (E3) TRAF6. TRAF6 interagit avec UBC13 (E2) et une protéine apparentée Uev1A (E1) qui catalysent sa polyubiquitinylation. De façon intéressante, les chaînes d’ubiquitine se fixent sur la lysine 63 de TRAF6 (et non plus la lysine 48) et sont indispensables à l’activation des IKK [10]. Dans ce modèle, l’inhibition pharmacologique du protéasome n’empêche pas l’activation des IKK, montrant que l’ubiquitinylation d’une protéine n’entraîne pas automatiquement sa dégradation mais peut, au contraire, l’activer. En effet, Ub-TRAF6 interagit avec, et active un complexe contenant la sérine kinase TAK1 et les adaptateurs TAB1 et TAB2. L’activation de TAK1 pourrait résulter d’un changement conformationnel, ou de l’interaction de TAK1 avec la chaîne d’ubiquitine portée par TRAF6. TAK1 agit ensuite directement sur les IKK pour activer la voie NF-κB et sur MKK6 pour activer la voie JNK [11] (figure 1). De façon différente, l’ubiquitinylation peut participer à la maturation d’une protéine. C’est le cas pour p105 et p100, les précurseurs de p50 (NF-κB1) et p52 (NF-κB2) de la famille NF-κB. P100 et p105 contiennent en carboxy-terminal une région auto-inhibitrice homologue à IκB. La phosphorylation puis l’ubiquitinylation conduisent à une dégradation partielle de p100 et de p105 qui élimine la région carboxy-terminale inhibitrice, donnant naissance aux facteurs de transcription mûrs p50, p52. Troisième cible fonctionnelle de l’ubiquitinylation, l’interruption de voies de signalisation. Les récepteurs de facteurs de croissance à activité tyrosine kinase EGFR (récepteur de l’epidermal growth factor) et PDGFR (récepteur du platelet derived growth factor) sont dégradés après activation par l’intervention de l’enzyme E3 et du proto-oncogène c-Cbl. Par son NOUVELLES