Domaines protéiques liés à l'ubiquitine
UBR-Box et N-domaine

La voie de la règle du N-terminal (N-end rule) est un système protéolytique : la déstabilisation de certains résidus N-terminaux peut donner un signal pour la destruction de la protéine par le protéasome 26S : elle nécessite une ubiquitination chez les eucaryotes.

N-recognins (N-recognin)

1. Les N-recognins sont des protéines spécialisées dans la détection et la liaison sélective des N-dégrons de l'Arg/règle N-terminale (Arg/N-end rule, i.e.des signaux N-terminaux déstabilisants conduisant à l’ubiquitination et à la dégradation du substratut (The Substrate Recognition Domains of the N-end Rule Pathway 2009 et The N-end rule pathway: From recognition by N-recognins, to destruction by AAA + proteases 2012).

Elles possèdent deux domaines principaux assurant la reconnaissance des différents types de N-dégrons :

• Les UBR-box qui reconnaissent les N-dégrons de type 1, comportant les acides aminés arginine, lysine et histidine, les résidus cystéine, asparagine et glutamine sont préalablement convertis en acides aminés de type 1).

• 

  des N-domaines qui reconnaissent les N-dégrons de type 2 comportant les acides aminés leucine, isoleucine, phénylalanine, tryptophane et tyrosine

Remarque : d’autres variantes de la règle du N-terminal, telles que l’Ac/règle N-terminale (Ac/N-end rule) ou la leu/N-end rule bactérienne, illustrent la conservation évolutive de ce mécanisme de reconnaissance, bien qu’elles impliquent d’autres systèmes enzymatiques.

2. Les protéines UBR sont des E3 ubiquitine ligases qui comptent 7 membres chez les mammifères (1 seul chez la levure).

a. UBR 1/2/4 sont de véritables N-recognins, contenant une UBR-box fonctionnelle et un domaine catalytique Ring, leur permettant de reconnaître et d’ubiquitiner les N-dégrons de type 1 et de type 2 (A Family of Mammalian E3 Ubiquitin Ligases That Contain the UBR Box Motif and Recognize N-Degrons 2005).

b. UBR5 (EDD1), bien que classée parmi les N-recognins, possède un domaine catalytique de type HECT actif et ne reconnaît que les N-dégrons de type 1.

c. UBR3, UBR6 et UBR7, bien qu’elles contiennent également une UBR-box, ne possèdent pas d’activité N-recognin ( (The Substrate Recognition Domains of the N-end Rule Pathway 2009).

Protéine UBR	Domaine catalytique	Recon- naissance	Principales fonctions	Particularités
Sous-groupe N-recognin actif
UBR1	RING	N-dégrons (type 1 et 2)	Dégradation des substrats selon la règle N-terminale Régulation du métabolisme protéique cytosolique	Dans le cytosol Homologue de la ligase N-recognin de levure Ubr1p)
UBR2	RING	N-dégrons (type 1 et 2)	Fonctions redondantes avec UBR1 Régulation de la stabilité des protéines nucléaires/cytoplasmiques	Impliquée dans la réponse au stress et la différenciation germinale
UBR4	RING	N-dégrons (type 1 et 2)	Ubiquitination dépendante de la règle N-terminale Maintien de l'homéostasie protéique	Très grande protéine (plus de 5000 aa) impliquée dans l'organisation du cytosquelette
UBR5 (EDD1)	HECT	N-dégrons (type 1)	Régulation transcriptionnelle Contrôle du cycle cellulaire Réponse à l'ADN endommagé	Ligase HECT atypique Interagit avec : p53 TopBP1 voie BRCA1
Sous-groupe non N-recognin/paralogue divergent
UBR3	RING (inactif)		Non N-recognin Rôle probable dans la signalisation neuronale	UBR-box non fonctionnelle
UBR6 (FBXO11)	RING (F-box)		Rôle dans la dégradation dépendante de SCF Régulation du cycle cellulaire et de la différenciation	Fonction plus proche des complexes CRL que des N-recognins
UBR7	RING (PHD-finger)		Régulation de la chromatine Ubiquitination de la polymérase II	Contient un domaine PHD associé à l'activité E3 nucléaire

UBR-Box

1. la structure de l'UBR-Box, d'environ 70 à 80 acides aminés, est composée (Structural basis for the recognition of N-end rule substrates by the UBR box of ubiquitin ligases 2010 et Structural basis of substrate recognition and specificity in the N-end rule pathway 2010 et The UBR-box and its relationship to binuclear RING-like treble clef zinc fingers 2015) :

a. d'un coeur compact avec trois sites de chélation du zinc

• Zn1 et Zn2 coordonnés par 6 cystéines et 1 histidine,
• Zn3 par 2 cystéines et 2 histidines,

b. d'une forme en V, délimitée par deux brins β (β strand) antiparallèles et deux boucles irrégulières.

Les UBR humaines contiennent 2 hélices α, et les levures 3 hélices 3₁₀.

c. La structure du domaine U-box est proche du domaine RING ( figure dans la page idoine).

2. Les UBR se lient et reconnaissent les N-dégrons de type 1, i.e. les arginine, lysine ou histidine N-terminales.

• Tous les résidus de la UBR-box semblent nécessaires et suffisants pour la liaison (The N-End Rule Pathway 2012).
• Par contre, la mutation de Asp150 semble abolir complètement la liaison au substrat (ici, peptide RLGES).

N-domaine

Le N-domaine est une région adjacente à l'UBR-box des N-recognins qui reconnaît les N-dégrons de type 2 (leucine, isoleucine, phénylalanine, tryptophane et tyrosine).

1. Ce N-domaine d'environ 80 résidus présente une similitude structurelle et fonctionnelle avec la N-recognin d'Escherichia coli, ClpS (appelée aussi ATP-dependent Clp protease adaptor protein).

Chez la levure, cette Clps se lie au N-dégron et présente la protéine à la protéase ClpAP ATP-dépendante (The ClpS Adaptor Mediates Staged Delivery of N-End Rule Substrates to the AAA+ ClpAP Protease 2011).

2. Par contre, contrairement à l'UBR-box, le N-domaine seul ne suffit pas à la liaison au substrat, ce qui laisse supposer que certains résidus spécifiques de ce domaine doivent être proches de la structure tridimensionnelle de l'UBR-box.

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