9. S YNTHÈ SE ET ROUTAGE DES PROTÉINES CHEZ LES EUCARYOTES. BIOGENÈ SE DES ORGANITES 285
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Une caractéristique commune à toutes ces protéines est qu’elles sont capables d’hydrolyser l’ATP
en présence de protéines dénaturées. Le mécanisme suivant est proposé : les protéines dénaturées, ainsi que celles en cours de synthèse et
n’ayant pas encore acquis leur configuration définitive (voir plus loin), se lient aux HSP par leurs
groupements hydrophobes et subissent ensuite
plusieurs cycles de liaison et de séparation consommant de l’ATP. Cette fonction très dynamique des
HSP conduit progressivement les protéines liées à
acquérir leur conformation tertiaire définitive, qui
est celle correspondant à leur efficacité biologique
optimale. Une telle activité de repliement correct
des chaînes polypeptidiques in vivo était totalement nouvelle car on pensait depuis les années 60,
sur la base d’expériences in vitro, que celles-ci mettaient spontanément en place leurs divers niveaux
de structure, tout étant inscrit dans la séquence
des acides aminés, et donc dans leurs gènes.
Il y a, en effet, un problème au sein de la cellule,
pour positionner à la fois rapidement et correctement les segments hydrophobes au cœur des protéines hydrosolubles, au moment de (ou juste
après) leur synthèse. Les HSP aident à réaliser ce
processus en le ralentissant, grâce à leur fixation
sur ces segments et à l’immobilisation (ainsi que
l’isolement) des protéines en cours de fabrication.
En permettant de façon passive que de multiples
combinaisons soient testées jusqu’à ce que la configuration thermodynamiquement la plus stable soit
obtenue, elles minimisent les risques de repliements incorrects et la formation d’agrégats. Cette
propriété est à l’origine du nom actuel donné à
cette famille de protéines particulières : les protéines-chaperons. L’enjeu pour les cellules doit être
important, car ces molécules dépensent une grande
quantité d’énergie pour assurer cette activité.
5.4.3. L OCALISATION ET RÔLES DANS LES CELLULES
Les HSP 70 sont présentes dans le hyaloplasme
des cellules eucaryotiques, ainsi que dans le réticulum endoplasmique et les organites semi-autonomes. On trouve diverses formes de complexes
HSP 60/HSP 10 au sein des organites semi-autonomes ; ceux-ci sont homologues des complexes
des Eubactéries. Par contre, le hyaloplasme
contient un type spécifique de ces chaperons, plus
proche de ceux caractéristiques des Archébactéries
que de ceux des Eubactéries. Chez toutes les Bactéries, bien évidemment, ces molécules cohabitent
au sein du cytoplasme.
Les deux fonctions majeures de ces protéines
concernent donc le repliement des protéines nouvellement synthétisées, qui est une fonction constitutive et normale, et la renaturation des protéines
dénaturées à l’occasion d’un stress, en rapport
avec les activités de défense. Au niveau des
ribosomes hyaloplasmiques libres, les protéineschaperons HSP 70 se fixent sur les protéines en
cours d’élongation et piègent leurs segments
hydrophobes ; ces complexes sont ensuite pris en
charge par les chaperons de classe II qui finissent
de mettre en forme les chaînes polypeptidiques au
sein de leur grande cavité centrale. Il faut ajouter
une troisième fonction importante, déjà évoquée :
le transport à travers les membranes des mitochondries et des plastes. En bloquant momentanément le repliement d’une chaîne polypeptidique
après sa synthèse, les HSP 70 hyaloplasmiques
permettent son passage sous une forme déroulée à
travers les tunnels transmembranaires ; dans un
deuxième temps, les HSP 70 et les HSP 60/HSP 10
des organites participent à son repliement et aident
peut-être ainsi à sa pénétration en leur sein. Dans
le cas des protéines sécrétées, le rôle des HSP 70 de
la lumière du réticulum est sans doute le même.
5.5. Ubiquitination et protéasomes
Les quantités des protéines dans les cellules
sont déterminées à la fois par leur taux de synthèse et leur taux de dégradation, leur durée de
vie pouvant aller de quelques minutes à plusieurs
jours. Celles ayant une durée de vie très courte,
présentes en très faibles quantités, sont en général
des molécules à rôle régulateur, telles que les facteurs de transcription qui entraînent souvent une
réaction rapide de la cellule, en réponse à des facteurs extérieurs. Certaines protéines sont aussi
amenées à être très rapidement détruites, comme
c’est le cas pour les cyclines, protéines régulatrices dont les quantités varient très rapidement
au cours du cycle cellulaire (voir chapitre 13).
Enfin, on sait que les protéines mal repliées au
cours de leur synthèse (environ 1/3 de celles qui
sont fabriquées !), ou anormales car résultant
d’erreurs de traduction, ou bien endommagées,
sont spécifiquement détruites.
La voie mise en œuvre dans cette dégradation,
qui a lieu dans le hyaloplasme (et n’a rien à voir
avec la voie lysosomale) est celle de l’ubiquitination et des protéasomes. L’ubiquitine est une
petite protéine (76 acides aminés) très conservée
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Une caractéristique commune à toutes ces protéines est qu’elles sont capables d’hydrolyser l’ATP
en présence de protéines dénaturées. Le mécanisme suivant est proposé : les protéines dénaturées, ainsi que celles en cours de synthèse et
n’ayant pas encore acquis leur configuration définitive (voir plus loin), se lient aux HSP par leurs
groupements hydrophobes et subissent ensuite
plusieurs cycles de liaison et de séparation consommant de l’ATP. Cette fonction très dynamique des
HSP conduit progressivement les protéines liées à
acquérir leur conformation tertiaire définitive, qui
est celle correspondant à leur efficacité biologique
optimale. Une telle activité de repliement correct
des chaînes polypeptidiques in vivo était totalement nouvelle car on pensait depuis les années 60,
sur la base d’expériences in vitro, que celles-ci mettaient spontanément en place leurs divers niveaux
de structure, tout étant inscrit dans la séquence
des acides aminés, et donc dans leurs gènes.
Il y a, en effet, un problème au sein de la cellule,
pour positionner à la fois rapidement et correctement les segments hydrophobes au cœur des protéines hydrosolubles, au moment de (ou juste
après) leur synthèse. Les HSP aident à réaliser ce
processus en le ralentissant, grâce à leur fixation
sur ces segments et à l’immobilisation (ainsi que
l’isolement) des protéines en cours de fabrication.
En permettant de façon passive que de multiples
combinaisons soient testées jusqu’à ce que la configuration thermodynamiquement la plus stable soit
obtenue, elles minimisent les risques de repliements incorrects et la formation d’agrégats. Cette
propriété est à l’origine du nom actuel donné à
cette famille de protéines particulières : les protéines-chaperons. L’enjeu pour les cellules doit être
important, car ces molécules dépensent une grande
quantité d’énergie pour assurer cette activité.
5.4.3. L OCALISATION ET RÔLES DANS LES CELLULES
Les HSP 70 sont présentes dans le hyaloplasme
des cellules eucaryotiques, ainsi que dans le réticulum endoplasmique et les organites semi-autonomes. On trouve diverses formes de complexes
HSP 60/HSP 10 au sein des organites semi-autonomes ; ceux-ci sont homologues des complexes
des Eubactéries. Par contre, le hyaloplasme
contient un type spécifique de ces chaperons, plus
proche de ceux caractéristiques des Archébactéries
que de ceux des Eubactéries. Chez toutes les Bactéries, bien évidemment, ces molécules cohabitent
au sein du cytoplasme.
Les deux fonctions majeures de ces protéines
concernent donc le repliement des protéines nouvellement synthétisées, qui est une fonction constitutive et normale, et la renaturation des protéines
dénaturées à l’occasion d’un stress, en rapport
avec les activités de défense. Au niveau des
ribosomes hyaloplasmiques libres, les protéineschaperons HSP 70 se fixent sur les protéines en
cours d’élongation et piègent leurs segments
hydrophobes ; ces complexes sont ensuite pris en
charge par les chaperons de classe II qui finissent
de mettre en forme les chaînes polypeptidiques au
sein de leur grande cavité centrale. Il faut ajouter
une troisième fonction importante, déjà évoquée :
le transport à travers les membranes des mitochondries et des plastes. En bloquant momentanément le repliement d’une chaîne polypeptidique
après sa synthèse, les HSP 70 hyaloplasmiques
permettent son passage sous une forme déroulée à
travers les tunnels transmembranaires ; dans un
deuxième temps, les HSP 70 et les HSP 60/HSP 10
des organites participent à son repliement et aident
peut-être ainsi à sa pénétration en leur sein. Dans
le cas des protéines sécrétées, le rôle des HSP 70 de
la lumière du réticulum est sans doute le même.
5.5. Ubiquitination et protéasomes
Les quantités des protéines dans les cellules
sont déterminées à la fois par leur taux de synthèse et leur taux de dégradation, leur durée de
vie pouvant aller de quelques minutes à plusieurs
jours. Celles ayant une durée de vie très courte,
présentes en très faibles quantités, sont en général
des molécules à rôle régulateur, telles que les facteurs de transcription qui entraînent souvent une
réaction rapide de la cellule, en réponse à des facteurs extérieurs. Certaines protéines sont aussi
amenées à être très rapidement détruites, comme
c’est le cas pour les cyclines, protéines régulatrices dont les quantités varient très rapidement
au cours du cycle cellulaire (voir chapitre 13).
Enfin, on sait que les protéines mal repliées au
cours de leur synthèse (environ 1/3 de celles qui
sont fabriquées !), ou anormales car résultant
d’erreurs de traduction, ou bien endommagées,
sont spécifiquement détruites.
La voie mise en œuvre dans cette dégradation,
qui a lieu dans le hyaloplasme (et n’a rien à voir
avec la voie lysosomale) est celle de l’ubiquitination et des protéasomes. L’ubiquitine est une
petite protéine (76 acides aminés) très conservée