Modifications post-traductionnelles des protéines
Ubiquitination : ubiquitine et E3 ubiquitine ligases

Classification des E3 ligases

Les E3 ubiquitine ligases constituent la troisième composante du système enzymatique E1-E2-E3.

Elles comprennent plus de 600 membres chez l'homme, assurent la spécificité de la reconnaissance des substrats au sein du système ubiquitine-protéasome (UPS), marquant les protéines destinées à la dégradation ou à la régulation fonctionnelle.

1. Elles sont classées en trois grandes familles selon leur mécanisme catalytique et la nature du domaine impliqué dans le transfert de l’ubiquitine (New insights into ubiquitin E3 ligase mechanism 2014 et HECT and RING finger families of E3 ubiquitin ligases at a glance 2012) :

• 

  la famille HECT (Homologous to E6AP C-Terminus),
• la famille RING, comprenant les protéines à domaine RING ou RING-related, les U-box ne contenant pas d'atomes de zinc y sont intégrées,
• la famille des RBR (RING-between-RING).

2. Outre leur classification par mécanisme, les E3 ubiquitine ligases peuvent également être classées selon leur organisation moléculaire.

a. Les E3 ubiquitine ligases simples sont composées d'un seul polypeptide qui contient :

• un domaine RING ou une U-box pour recruter l'enzyme de conjugaison E2 (E2 ubiquitin-conjugating enzyme),
• un domaine qui interagit avec le substrat, comme la rép"tition WD40 (WD40 repeat) ou armadillo repeat.

Ces ligases réalisent le transfert direct de l’ubiquitine du complexe E2~Ub vers la protéine cible.

b. Les E3 ubiquitine ligases complexes peuvent être :

• multiprotéiques, comme le complexe SCF (Skp1-Cullin-F-box) ou l'APC/C (Anaphase Promoting Complex/Cyclosome) par exemple, comprenant une seule sous-unité de recrutement de l’E2 et un ou plusieurs modules de reconnaissance du substrat,
• oligomériques, souvent homodimériques ou hétérodimériques, qui peuvent contenir plusieurs domaines de recrutement pour E2 et/ou de reconnaissance du substrat, assurant à la fois la stabilité structurale et la régulation allostérique de l’activité enzymatique.

De nombreuses E3 ligases forment des homodimères et des hétérodimères spécifiques par l'interaction entre leurs domaine RING/RING, RING/U-box et U-box/U-box (The Prp19 U-box Crystal Structure Suggests a Common Dimeric Architecture for a Class of Oligomeric E3 Ubiquitin Ligases 2008).

Mécanisme de l'ubiquitination et reconnaissance des substrats

Les ligases E3 assurent la spécificité du système ubiquitine-protéasome en catalysant le transfert de l’ubiquitine sur des protéines cibles précisément sélectionnées.

Leur activité repose sur deux dimensions complémentaires.

1. Le mécanisme enzymatique est propre à chaque famille :

• transfert direct, i.e. RING, U-box,
• via un intermédiaire thioester, i.e. HECT, RBR.

2. La reconnaissance sélective de signaux de dégradation appelés dégrons et des domaines de liaison à l’ubiquitine (UBD), détermine quelles protéines seront ubiquitinées.