• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modifications post-traductionnelles des protéines
Ubiquitination : E3 ubiquitine ligases de la famille RING

Sommaire

Les E3 ubiquitine ligases sont classées en trois grandes familles (New insights into ubiquitin E3 ligase mechanism 2014 et HECT and RING finger families of E3 ubiquitin ligases at a glance 2012).

Vue d'ensemble

La famille RING (Really Interesting New Gene) contient un domaine Ring-finger qui se lie à deux cations Zn++ (cf. chapitre spécial sur le domaine RING).

Cette famille compte plus de 600 membres chez les Mammifères.

Toutefois, on y ajoute des protéines qui possèdent :

Dans la famille RING, l'ubiquitine est directement transférée de l'enzyme de conjugaison E2 au substrat, contrairement au E3 ubiquitine ligases de la famile HECT ou RBR dans lesquelles ce processus se fait en deux étapes (cf. mécanismes de l'ubiquitination).

  • Dans certaines (souvent sous forme dimérique), le domaine de reconnaissance du substrat et le domaine RING (ou équivalent comme les U-box) sont situés sur la même protéine.
  • Dans d'autres, les deux domaines sont situés sur des protéines différentes.
Domaines RING des différentes E3 ubiquitine ligases
Domaines RING des différentes E3 ubiquitine ligases
(Figure : vetopsy.fr d'après Berndsen)

Les E3 reconnaissent les E2 par leur domaine UBC, domaine de conjugaison à l'ubiquitine qui contient la cystéine catalytique : les extensions N- et C-terminales spécifiques des E2 contribuent à leur spécialisation.

Ces E3 ubiquitine ligases peuvent fonctionner sous forme (RING Domain E3 Ubiquitin Ligases 2009 et RING-type E3 ligases: Master manipulators of E2 ubiquitin-conjugating enzymes and ubiquitination 2014) :

1. de monomères comme c-CBL- Casitas B-lineage Lymphoma - (Structure of a c-Cbl–UbcH7 Complex: RING Domain Function in Ubiquitin-Protein Ligases 2000).

2. de homodimères comme :

3. d'hétérodimères comme Mdm2/Mdmx (Mdm4), régulateur de p53, ou BRAC1/BARD1 impliqués tous deux dans les tumeurs…

4. de complexes aux multiples sous-unités comme les ligases Cullin-RING.

SCF
SCF
(Figure : vetopsy.fr)

Familles de E3 ubiquitine ligases RING

Ligases Cullin-RING (CRL) : complexe SCF (Skp1/Culline/F-box)

Le complexe SCF (Skp1/Culline/F-box) est un complexe E3 ubiquitine ligase (The SCF ubiquitin ligase: insights into a molecular machine 2004).

Ce complexe SCF (E3) comprend quatre parties essentielles (Structure of the Cul1 – Rbx1 – Skp1 – F box Skp2 SCF ubiquitin ligase complex 2002 et Structure of a β-TrCP1-Skp1-β-Catenin Complex 2003 et Structure of a RING E3 ligase and ubiquitin-loaded E2 primed for catalysis 2012).

Protéine F-box

La protéine F-box (The F-box protein family 2000), composée de 430 à 1000 acides aminés, est spécifique (plus de 90 membres chez l'Homme),

Skp2, une autre F-box, i intervient dans le cycle cellulaire.

Structure des cullines
Structure des cullines
(Figure : vetopsy.fr d'après Sarikas)

Skp1

Skp1 (S-phase kinase-associated protein 1), protéine adaptatrice de 163 acides aminés, partie du " fer à cheval ", reconnait la F-box et se lie à la culline (voir figure).

Culline

La culline - CUL - (The cullin protein family 2011) est une protéine d'échafaudage (scaffold protein) qui comprend 8 membres chez les Mammifères (CUL1 à 7 - 2 CUL4, A et B, donc 6 n'existe pas -) et PARC, appelé aussi CUL9 qui contient un domaine RBR - RING/IBR/RING -) et participe à quelques 200 E3.

Sur la figure ci-contre, les abréviations sont les suivantes : CH, Cullin Homology, CR, Cullin Repeat, CPH, domaine conservé dans CUL7, PARC et HERC2, DOC, domaine semblable à celui de l'APC.

Régulation de la culline par CAND1 et NEDD8
Régulations de la culline par CAND1 et NEDD8
(Figure : vetopsy.fr d'après Goldenberg et Duda)

CUL1, composée de 776 acides aminés, interagit (cameranfos) :

1. par son domaine C-terminal (CH : Cullin Homology), de 200 acides aminés environ, avec les ROC - ou Rbx - (The cullin protein family 2011),

2. par une liaison covalente avec NEDD8 (Neural precursor cell Expressed, Developmentally Down-regulated 8), UBL (Ubiquitine Like Protein) qui module l'activation du complexe et diffère peu dans sa structure de l'ubiquitine (Structural Insights into NEDD8 Activation of Cullin-RING Ligases: Conformational Control of Conjugation 2008 et Structure of a RING E3 Trapped in Action Reveals Ligation Mechanism for the Ubiquitin-like Protein NEDD8 2014 et Protein neddylation: beyond cullin–RING ligases 2015).

3. par son domaine N-terminal, formé de trois domaines CR (Cullin Repeat), avec Skp1 qui reconnaît ici les F-box.

Skp1 peut aussi recruter Fbw8 (mTOR complex 2 regulates proper turnover of insulin receptor substrate-1 via the ubiquitin ligase subunit Fbw8. 2012) chez CUL7.

CRL et SOCS3
CRL (Cullin-RING Ligases) et complexe avec SOCS3
(Figure : vetopsy.fr d'après Williams sous Open Acces)

Ce domaine N-terminal, chez d'autres cullines, est crucial pour le recrutement de nombreux substrats, contenant des motifs différents tels que :

ROC1

ROC1 (Regulator Of Cullins1 ou Rbx1 - Ring box protein 1 -, 108 acides aminés) comporte un domaine RING auquel s'attache la E2 (ROC1, a Homolog of APC11, Represents a Family of Cullin Partners with an Associated Ubiquitin Ligase Activity 1999 et Structure of the cul1-rbx1-skp1-f boxskp2 scf ubiquitin ligase complex 2000).

CUL5 se lie à ROC2 - Rbx2 - (ASB proteins interact with Cullin5 and Rbx2 to form E3 ubiquitin ligase complexes 2005).

Ubiquitination par la famille RING
Ubiquitination par la famille RING
(Figure : vetopsy.fr)

Famille des RING-related

Ces E3 ubiquitine ligases comportent des domaines qui ressemblent au domaine RING. Elles contiennent :

Famille des U-Box

Les U-box possèdent un domaine U-box proche du domaine RING, mais sans atome de zinc.

De nombreuses E3 ubiquitine ligases forment des homo et hétérodimères spécifiques par l'interaction entre leurs domaine RING/RING, RING/U-box et U-box/U-box

Famille RBR