Les facteurs d’échange à domaine Sec7

Les facteurs d’échange à domaine Sec7

Généralités 

La famille des facteurs d’échange spécifiques aux petites protéines G Arf, également appelée famille à domaine Sec 7, est subdivisée en deux sous-familles en fonction de leurs homologies de séquence et de leurs poids moléculaire.La première sous-famille est composée de facteurs d’échange possédant un haut poids moléculaire, supérieur à 100kDa. On retrouve dans cette sous-famille une première classe de facteurs d’échange composée des protéines de levure Gea1p et Gea2p, la protéine GNOM/Emb30p et la protéine GBF1. La deuxième classe des facteurs d’échange à haut poids moléculaire est composée de la protéine de levure Sec7p et des protéines BIG1 et BIG2. La protéine de levure Syt1p constitue à elle seule la troisième classe. La majorité des protéines de cette sous-classe est localisée principalement au niveau de l’appareil de Golgi. La seconde sous-famille est constituée de protéines ayant un bas poids moléculaire. Elle est composée des protéines ARNO, Cytohesin-1, GRP1/ARNO3, Cytohesin-4, et EFA6. Elle est également composée de la famille des protéines BRAG. L’ensemble des membres de cette sous-famille possède un domaine PH qui permet le recrutement aux membranes par interaction avec des phospholipides spécifiques (Figure 28).

Structure 

Bien que très divergentes au niveau de leurs séquences l’ensemble de ces protéines possèdent toutes une région d’environ 200 acides aminés très similaire à la protéine de levure Sec7p et appelée domaine Sec7. Le domaine Sec7 correspond au domaine catalytique de ces facteurs d’échange et il a été montré que ce domaine seul suffisait pour permettre l’échange nucléotidique GDP/GTP des protéines de la famille Arf (Chardin et al., 1996). Ce domaine est composé de dix α-hélices (nommées hélices A à J) qui s’organisent en structure tertiaire pour donner deux sous-domaines (Figure 29). Les sept premières α-hélices vont former une super-hélice au niveau N-terminal alors que l’on retrouve un «paquet» positionné en C-terminal de cette super-hélice. On retrouve également une profonde poche hydrophobe composée des hélices F, G et H qui possèdent des motifs très conservés au sein des membres de la famille à domaine Sec7 (Cherfils et al., 1998; Goldberg, 1998; Mossessova et al., 1998). Il a été montré, par des expériences de mutagenèse, que cette poche correspond au site actif du domaine Sec7. Le modèle proposé, concernant la catalyse de l’échange nucléotidique est que les protéines Arf-GDP viendraient se lier au niveau de cette poche hydrophobe entrainant un changement de conformation au niveau des protéines Arf. Ce changement de conformation rapprocherait le site de liaison au nucléotide d’un résidu glutamate très conservé au niveau du domaine Sec7, et connu sous le nom de «doigt 68 glutamate». Le glutamate viendrait déplacer l’ion Mg²+ et la proximité entre le glutamate et le -phosphate du GDP aurait pour conséquence une répulsion électrostatique et une expulsion du GDP (Beraud-Dufour et al., 1998). Le GTP viendrait ensuite se lier au niveau du site de liaison au nucléotide et ainsi former l’état «actif» Arf-GTP (Figure 30).

Les facteurs d’échange à haut poids moléculaire 

Les protéines GBF1, BIG1 et BIG2 sont des facteurs d’échanges pour les protéines Arf de classe I et II. Bien que toutes 3 présentes au niveau de l’appareil de Golgi, GBF1 se localise principalement au niveau du cis-golgi alors que les protéines BIG1 et 2 sont au niveau du TGN. Des expériences ont permis d’établir le rôle de GBF1 dans le trafic de vésicules recouvertes du manteau COPI (Kawamoto et al., 2002). La protéine BIG2 est impliquée dans le recrutement des protéines adaptatrices AP-1 et GGA au niveau du TGN (Shinotsuka et al., 2002) alors que BIG1, via son interaction avec un des membres de la famille kinésine 21A, joue un rôle dans le processus de transport cellulaire (Shen et al., 2008).

La famille des cytohésines

 La famille des cytohésines semble être à ce jour la mieux caractérisée. Elle est composée de 4 isoformes, la cytohésine 1, la cytohésine 2/ ARNO, la cytohésine 3/ Grp1/ARNO3 et la cytohésine-4 qui partagent 68% d’identité chez l’homme. Les cytohésine 1, 2, 3 sont ubiquitaires, mais on retrouve la cytohésine 1 préférentiellement au niveau des leucocytes. La cytohésine 4 est spécifiquement exprimée au niveau des leucocytes (Ogasawara et al., 2000). Les cytohésines sont impliquées dans différents processus cellulaires tels que la phagocytose (Sendide et al., 2005), l’endocytose de certains RCPGs par leur interaction avec les -arrestines (Claing et al., 2001) et la migration cellulaire. Au niveau cellulaire, ces protéines sont principalement localisées à la périphérie (Frank et al., 1998) et peuvent être recrutées à la membrane plasmique par interaction via leur domaine PH avec le PIP3. De plus, des études ont mis en évidence que les protéines Arl4-GTP (Hofmann et al., 2007) et Arf6-GTP (Cohen et al., 2007) étaient également capables de recruter ARNO à la membrane plasmique. Des expériences in vitro ont mis en évidence que la famille des cytohésines était plus active sur les Arf de classe I. Néanmoins, la protéine ARNO est capable, après surexpression, d’activer la protéine Arf6 endogène dans des cellules.