Quelle est la voie de l'ubiquitination?
Une grande partie des protéines d'une cellule sont régulièrement recyclées et servent de source d'acides aminés pour la synthèse de nouvelles protéines. L'ubiquitine est une très petite protéine nommée ainsi car elle est omniprésente dans les cellules eucaryotes et présente une structure très similaire entre des organismes très différents. Cela fonctionne comme une étiquette qui s'attache aux protéines pour les cibler, généralement pour la dégradation. Le processus d’ajout de cette étiquette aux protéines ciblées est connu sous le nom de voie d’ubiquitination. Par la suite, ces protéines sont décomposées en petits morceaux dans une structure appelée protéasome.
Les protéines sont des molécules composées d'unités d'acides aminés enchaînées par des liaisons peptidiques. Ils peuvent subir de nombreuses modifications, notamment en ce qui concerne les composés liés au début ou à la fin de la molécule de protéine. De nombreuses protéines sont des enzymes qui accélèrent les réactions. Un type d’enzyme est une protéase, qui dégrade d’autres protéines dans des circonstances spécifiques et très réglementées. La voie de l'ubiquitination implique l'activité des protéases.
L'ubiquitine est une molécule omniprésente chez les organismes supérieurs. Il ne se trouve pas dans les bactéries. Cette petite protéine se trouve dans les cellules. Il contient un nombre inhabituellement élevé de molécules de l'acide aminé lysine et sept de ces composés sont présents.
Un travail original sur l'ubiquitine a suggéré que les protéines cibles, en particulier celles qui étaient défectueuses, se lient à une molécule de lysine particulière sur cette étiquette protéique. Or, il est connu que les protéines à dégrader peuvent se lier à divers groupes lysine ou même au groupe final de cette protéine omniprésente. Le processus de liaison de la protéine à l'ubiquitine pour démarrer le processus d'ubiquitination consomme beaucoup d'énergie. Normalement, le clivage d'une liaison peptidique libère de l'énergie. Dans ce cas, il utilise une molécule de l'adénosine triphosphate (ATP), la monnaie énergétique de la cellule.
La voie de l'ubiquitination est complexe. Même la liaison de l'ubiquitine à la protéine ciblée implique trois enzymes différentes. On active l'ubiquitine et est connu comme E1. Il existe des dizaines de types d’enzymes différents impliqués dans la deuxième étape, appelée E2, dans laquelle l’ubiquitine activée est liée à une enzyme de conjugaison. L'étape 3 utilise l'un des centaines de types d'enzymes qui reconnaissent les différentes protéines à dégrader et attache la protéine cible à un groupe lysine sur la molécule d'ubiquitine.
L'ubiquitination a lieu dans un complexe appelé protéasome. Il s'agit d'une grande structure dans laquelle les protéases dégradent la protéine ubiquitinylée. Il est décomposé en plus petits fragments d'acides aminés appelés peptides. Ces peptides peuvent être facilement dégradés en leurs acides aminés constitutifs par les peptidases et utilisés comme source d’acides aminés pour la synthèse de nouvelles protéines. Dans certains cas, le processus produit des peptides actifs impliqués dans le métabolisme cellulaire.
La découverte que la voie de l'ubiquitination conduisait à la dégradation des protéines dans le protéasome était un travail novateur. Il a valu le prix Nobel de chimie aux trois scientifiques impliqués. Comme plus de recherches ont été menées sur ce processus, il s'est avéré être beaucoup plus compliqué que prévu à l'origine. L'ubiquitine peut être ajoutée aux protéines de différentes manières, par exemple dans une chaîne. Ce processus a des implications sur tout le spectre de la physiologie, des maladies infectieuses et des troubles génétiques.