Transporteurs actifs : pompes (transporteurs primaires)
Transporteurs ABC : vue d'ensemble et classification

Les pompes (encore appelées transporteurs primaires) utilisent l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour faire traverser la membrane plasmique à la molécule.

Quatre types de pompes ont été décrits.

• les transporteurs ABC,
• les ATPases de type P,
• les ATPases de type F,
• les ATPases de type V.

Vue d'ensemble des transporteurs ABC

1. Les transporteurs ABC (ATP-Binding Cassette transporter) forment une superfamille, vraisemblablement la plus nombreuse et la plus ancienne des pompes, dont les membres sont retrouvés dans tous les phylums existants des procaryotes aux humains (ABC transporter research: going strong 40 years on 2015).

2. Les membres de cette superfamille effectuent la translocation d'un large éventail de substrats chimiques (Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters 2020).

• Ils sont particulièrement exprimés dans les cellules qui traitent les lipiddes comme les macrophages les cellules cancéreuses.
• Ils sont aussi appelés MDR (Multidrug Reistance) car ils peuvent assurent le transport à l'extérieur de la cellule de nombreux médicaments comme la glycoprotéine P ou ABCB1 appelée aussi MDR1 ou ABCB4, appelé aussi MDR3.

a. Les cassettes liant l'ATP (ATP Binding Cassette) localisées dans les domaines de liaison aux nucléotides (NBD ou nucleotide-binding domains) est hautement conservée.

b. Les domaines transmembranaires (TMD) formant la voie de translocation présentent des plis et des topologies distincts, suggérant qu'au cours de l'évolution, les anciens domaines moteurs ont été combinés avec différents domaines mécaniques transmembranaires pour orchestrer une variété de processus cellulaires.

Classification des transporteurs ABC

Classification classique

Les transporteurs ABC sont classés en sous-familles appelées A à G, i.e. ABCA à, ABCG en fonction de la similarité de séquence et l'organisation des domaines.

Nous pouvons résumer la classification dans un tableau simplifié.

Transporteurs ABC de l'homme
Nom	Nbr	Structure	Fonctions	Membres
ABCA	12	TMD1-NBD1- TMD2-NBD2	Entre autres, responsables du transfert du cholestérol et des lipides	ABCA1
ABCB	11	TMD1-NBD1- TMD2-NBD2	Barrière hémato-encéphalique, foie, mitochondries, Transport des peptides dans la bile, par exemple.	ABCB1 (MDR1) glycoprotéine P ABCB4 (MDR3) ABCB11 (BSEP)
ABCC	12	[TMD0]-TMD1-NBD1- TMD2-NBD2	Transport d'ions Récepteurs de surface cellulaire Sécrétion de toxines Protéine CFTR (déficiente mucoviscidose)	ABCC2 (MRP2)
ABCD	4	TMD-NBD	Peroxysomes (1-3) Lysosomes (1-4)
ABCE	1	Protéine soluble sans TM	Domaine liaison ATP Régulation synthèse et expression des protéines	ABCE et ABCF (contrôle traduction ARN) ne sont pas des transporteurs
ABCF	3	Protéine soluble sans TM	Domaine liaison ATP Régulation synthèse et expression des protéines
ABCG	5	TMD-NBD	Transport lipides, divers substrats médicamenteux Transport cholestérol et autres stéroïdes.	ABCG1 ABCG2 ABCG4 ABCG5 ABCG8

Remarque : certains auteurs prônent une autre classification générale composée de sept types (I à VII), les transporteurs ABC des eucaryotes appartiendraient au type IV, i.e. ABCB, ABCC et ABCD et au type V, i.e. ABCA, ABCG (Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters 2020).

Classification importateurs/exportateurs

Les transporteurs ABC peuvent aussi être classés en deux groupes.

Exportateurs

1. Les exportateurs assurent le transport à l'extérieur de la cellule de diverses substances.

2. Les molécules transportées peuvent être :

• des composés hydrophobes comme les lipides, les acides gras, le cholestérol,
• de nombreux médicaments, eux aussi hydrophobes, de différentes tailles, i.e. on les appelle aussi transporteurs multirésistants (MDR) car ils sont impliqués dans la résistance aux médicaments des bactéries et des cellules cancéreuses,
• des molécules plus grosses telles que les protéines, i.e. toxines, enzymes hydrolytiques, protéines de la couche S des Archea, antibiotiques, bactériocines et facteurs de compétence.

Importateurs

Les importateurs subdivisés en trois classes sont généralement sélectifs pour un seul ou quelques substrats hydrosolubles apparentés.

1. Les classes I et II, différenciées en fonction de leur nombre d'hélices transmembranaires et de la nature chimique de leurs substrats, comprennent des domaines de liaison au substrat (SBD) ou des protéines de liaison au substrat (SBP) solubles supplémentaires, qui les capturent le du côté trans, i.e. intérieur de la membrane, et le livrent aux TMD.

a. Les importateurs de classe I :

• subissent des changements conformationnels importants lors de la liaison aux substrats,
• ont une faible activité ATPase, i.e. les NBD n'hydrolysent l'ATP avec une efficacité élevée qu'en présence d'un SBP chargé de substrat,
• ont souvent des domaines régulateurs C-terminaux qui empêchent l'hydrolyse de l'ATP lorsque l'importateur est lié à des substrats.

b. Les importateurs de classe II :

• subissent des changements conformationnels plus modestes sans sites de liaison spécifiques au substrat,
• ont généralement une activité ATPase élevée qui est indépendante de la disponibilité du substrat.

2. La classe III ou famille de facteurs de couplage d'énergie ECF (Energy Coupling Factor), est structurellement et fonctionnellement distincte, sans SBP comme les exportateurs (Energy-Coupling Factor Transporters as Novel Antimicrobial Targets 2018).

Elle est responsable de l'absorption de micronutriments essentiels dans environ 50% des espèces procaryotes, comme les vitamines hydrosolubles (riboflavine, thiamine) et leurs précurseurs, ainsi que des ions de métaux de transition, i.e. à sous-couche incomplète (Ni⁺⁺ ou Co⁺⁺).

3. Les bactéries utilisent à la fois les importateurs et les exportateurs alors que les eucaryotes, à quelques exceptions près, n'emploient que des exportateurs.

Chez l'homme, ABCD4 est le seul importateur parmi les 48 transporteurs ABC (ABC Transporter Subfamily D: Distinct Differences in Behavior between ABCD1–3 and ABCD4 in Subcellular Localization, Function, and Human Disease 2016).

Structure générale des transporteurs ABC