Protéasome - Définition
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Introduction
Les protéasomes sont des complexes enzymatiques multiprotéiques que l'on retrouve chez les eucaryotes, les archées ainsi que chez quelques bactéries de l'ordre Actinomycetales. Dans les cellules eucaryotes, ils se trouvent dans le noyau, le cytosol et associés au réticulum endoplasmique. La fonction principale du protéasome est de dégrader les protéines mal repliées, dénaturées ou obsolètes de manière ciblée. Cette dégradation se fait par protéolyse, une réaction chimique qui coupe les liaisons peptiques et qui est effectuée par des enzymes appelées protéases. La protéine est ainsi découpée en peptides long de 7 à 9 acides aminés qui seront ensuite hydrolysés hors du protéasome et recyclés. Les protéines sont marquées pour la dégradation par une protéine appelée ubiquitine. Ce marquage est réalisé par l'action coordonnée de trois types d'enzymes. Une fois le marquage par une première molécule d'ubiquitine réalisé, d'autres ubiquitines vont être rajoutées à sa suite. Il faudra une chaîne d'au moins quatre ubiquitines pour que le protéasome 26S reconnaisse la protéine à dégrader.
Le protéasome a une forme de baril et possède une cavité en son centre cernée par quatre anneaux, fournissant ainsi un espace clos pour la digestion des protéines. Chaque anneau est composé de sept protéines: les deux anneaux intérieurs sont constitués de sept sous unités β qui contiennent le site actif de la protéase, tandis que les deux anneaux extérieurs contiennent sept sous-unités α dont le rôle consiste à maintenir l'ouverture par laquelle les protéines à dégrader pénètrent dans le baril: ces sous-unités α sont capables de reconnaître les marqueurs de polyubiquitine qui régulent le processus de dégradation. L'ensemble est connu sous le terme de complexe protéasome-ubiquitine.
La dégradation protéasomale est un élément essentiel de nombreux processus cellulaires, notamment le cycle cellulaire, l'expression génétique et la réponse au stress oxydatif. L'importance de la dégradation protéolytique et du rôle de l'ubiquitine lors de celle-ci a été officialisée par la remise du Prix Nobel de chimie 2004 à Aaron Ciechanover, Avram Hershko et Irwin Rose. La régulation du protéasome fait encore de nos jours l'objet de recherches intensives.
Découverte
Jusqu'à la découverte du complexe ubiquitine-protéasome, la dégradation des protéines dans les cellules était considérée comme essentiellement basée autour des lysosomes, des organites liés à la membrane cellulaire et dont l'intérieur acide est rempli de protéases qui peuvent dégrader et recycler les protéines exogènes et les organites usés ou endommagés. De nouveaux travaux sur la dégradation protéique ATP-dépendante dans les réticulocytes, dépouvus de lysosomes, suggéraient la présence d'un mécanisme intracellulaire alternatif pour gérer cette dégradation: celui-ci, composé de plusieurs chaînes protéiques distinctes, fut décrit pour la première fois en 1978. Des recherches subséquentes sur la modification des histones permit l'identification d'une modification covalente inattendue entre une lysine et une glycine N-terminale de l'ubiquitine, dont on ignorait à l'époque la fonction. On fit alors le lien avec une protéine récemment découverte et connue sous le nom de facteur protéolytique ATP-dépendant 1 (ATP-dependent proteolysis factor 1, ou plus simplement APF-1), qui ne faisait dès lors plus qu'un avec l'ubiquitine.
L'essentiel des premiers travaux qui menèrent à l'identification du protéasome eurent lieu dans les années 1970 et 80 au Technion, dans le laboratoire d'Avram Hershko où Aaron Ciechanover était doctorant. L'année sabbatique prise par Hershko au sein du groupe d'Irwin Rose au Fox Chase Cancer Center de Philadelphie permit de développer de nouvelles approches conceptuelles, bien que Rose ait largement relativisé son rôle dans cette découverte. Quoi qu'il en soit, les trois chercheurs se sont partagés le Prix Nobel de chimie en 2004 pour leur découverte.
L'utilisation de la microscopie électronique au milieu des années 1980 permit de révélé la structure en anneaux empilés qui est celle du protéasome, mais la structure d'une des sous-unités (la 20S) ne fut résolue par cristallographie qu'en 1994. Aucune structure complète montrant l'interaction entre centre actif et protéine cible n'a encore été résolue à ce jour (mars 2007), même si des modèles ont été développés qui donnent une bonne idée du fonctionnement du complexe.
