Les protéines TRIM et la voie de la SUMOylation

Origines et fonctions de certains membres des protéines TRIM Les protéines TRIM sont présentées chez tous les eucaryotes. En particulier, 75 protéines TRIM humaines ont été découvertes jusqu’à présent (8) et la plupart de ces protéines sont induites par les interférons de type 1 et II (2). Quant à l’origine de ces protéines, Michael Schubert a démontré que les protéines TRIM sont apparues durant l’évolution des eucaryotes et qui sont potentiellement liées à une ubiquitine ligase de type RING-finger connue sous le nom de Facteurs associés aux récepteurs du facteur de nécrose tumorale (TRAF) (1). Chaque membre de la famille des TRIM peut s’exprimer dans des cellules particulières et il peut jouer des rôles bien déterminés. Par conséquent, les protéines TRIM sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires notamment l’ immunité innée (3 , Il ,20), les cancers et aussi dans des troubles neurologiques (6). Certaines TRIM comme TRIM20, TRIM32 et TRIM35 sont impliquées dans la mort programmée des cellules (21-23).

En effet, la mutation du gène trim20 provoque la maladie de la fièvre méditerranéenne (24), la mutation aussi de l’acide aspartique 487 en acide asparagine du gène de TRIM32 cause la dystrophie musculaire des ceintures (25). La protéine TRIM21 nommée aussI R052 est impliquée dans l’activation des lymphocytes T (26). La moitié des TRIM humaines connues régulent positivement les réponses de l’ immunité innée (8). Par exemple, les protéines TRIM22 nommées aussi ST AF -50 et TRIM30 nommée aussi rpt-l sont impliquées dans la réponse immunitaire antivirale, respectivement dans la transduction des signaux induits par les IFNB, en bloquant le trafic intracellulaire de la protéine structurale virale Gag à la surface des cellules et dans l’ activation des CD4+ (27-29). De plus, TRIM5, TRIM9, TRIM50, TRIM66 et TRIM67 peuvent intervenir directement dans l’activation de l’ immunité innée (8). En cas d’ infection par le VIruS d’encéphalomyocardite, TRIM65 favorise l’activation des !RF3 (30). TRIM19, nommée aussi PML, agit comme un facteur de restriction contre les virus à ADN, tels que les virus de la famille de l’ herpès, les adénovirus, papillomavirus et parvovirus (30). De plus, TRIM19 est un régulateur positif de l’induction des IFN durant l’infection par le virus de l ‘herpès simplex (31). TRIM5a joue aussi le rôle de facteur de restriction contre le VIruS d’ immunodéficience humaine 1 (VOEIl) (32). Par ailleurs, TRIM18, TRIM54, TRIM55 et TRIM63 sont impliquées dans la dynamique des microtubules (33 ,34).

Les Muscles RING ,Einger (MURF)

Les MURF sont le deuxième groupe des protéines TRIM contenant trois protéines qui sont: TRIM54 ou MURF-3, TRIM55 ou MURF-2 et TRIM63 ou MURF-l (4,7). Ce groupe se caractérise par le domaine Cos qui est impliqué dans la dynamique des microtubules (4). Les MURF sont spécifiquement exprimées dans les tissus des muscles striés (39). Tout d’abord, les fonctions des muscles striées dépendent aux activités et des réseaux cytosquelettiques incluant les myofibrilles, les microtubules et les filaments. Les MURF présentent récemment une excellente famille de protéine qui peut créer des interactions avec les composants de la myofibrille, incluant l’interaction de la titine avec les microtubules (Figure 1.4) (40). TRIM54 (MURF-3) et TRIM55 (MURF-2) interviennent dans la glutamylation des microtubules et dans l’organisation des filaments des myosines. D’un autre côté, toutes les MURF s’associent avec les différents compartiments cytosquelettiques notamment, les microtubules, les deux stries M et Z des sarcomères (41). Les MURF sont spécifiquement exprimées aussi dans les cellules musculaires squelettiques et cardiaques. De plus, leur expression joue un rôle important dans la différenciation des myoblastes squelettiques (42). Les MURF sont identifiées aussi comme des régulateurs myogéniques des microtubules des cellules musculaires striées, ce qui explique la relation entre l’organisation des microtubules et la myogenèse (43). Kieran M. Short and Timothy C. Cox ont démontré que le domaine Cos n’est pas nécessaire dans la dimérisation (4). De l’autre part, le domaine Cos ainsi que le domaine Coiled-Coil des MURF-3 jouent un rôle important dans l’ association avec les microtubules et l’homodimérisation (43).

La SUMOylation

La modification post-traductionnelle par la protéine SUMO a été identifiée en 1996. La SUMOylation est un processus très dynamique et réversible qui consiste en la fixation d’une petite protéine, SUMO, sur le groupe c-aminé de la lysine de substrat. Cette modification est impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la réparation du génome, la réplication d’ADN, la transcription et la régulation du cycle cellulaire (48) (49) (50). La SUMOylation est un processus enzymatique qui nécessite l’intervention de trois enzymes: une enzyme d’activation (El), une enzyme de conjugaison (E2) et une enzyme de ligase de SUMO (E3) (51). Le précurseur de protéine SUMO est immature, et nécessite une étape de maturation consistant au clivage de son extrémité C-terminale par les SENtrines Protéases (SENP) (tout en libérant un motif di-glycine). Par la suite, SUMO mature est activée par une adénylation accompagnée d’une liaison thioester entre l’extrémité C-terminale de SUMO mature et la cystéine catalytique de la deuxième sous-unité de l’enzyme d’activation. Puis, SUMO sera transférée de la cystéine catalytique de l’enzyme El à la cystéine catalytique de l’enzyme de conjugaison (E2, Ubc9) via une liaison thioester également. Cette enzyme peut interagir directement avec la lysine du motif consensus de SUMO, mais cette interaction est insuffisante pour efficacement transférer SUMO. À cette raison elle nécessite une autre interaction pour maintenir sa stabilité. Par conséquent, SUMO sera transférée soit sur la lysine de l’enzyme d’E3 ligase de SUMO ou elle interagit avec une deuxième enzyme de conjugaison (Ubc9). L’enzymè E3 ligase catalyse SUMO conjuguée au substrat en créant une liaison isopeptidique. Comme il est mentionné précédemment, la SUMOylation est un processus réversible, et les SENP peuvent intervenir à nouveau pour cliver la liaison SUMO-substrat en maintenant un équilibre entre SUMO libre et SUMO conjuguée (Figure 1.8) (51) (52) (53). La protéine 1 d’activation de la GTPase Ran (RanGAPI) est le premier substrat SUMOylé identifié (54).

Les sites de SUMOylation S1

La lysine accepteuse de SUMO qui est responsable de la SUMOylation se situe dans des sites de SUMOylation. La séquence la plus connue et la plus répandue est le motif consensus \fKxEID, où \f est un acide aminé hydrophobe, K est une lysine, x est n’importe quel acide aminé et E ou D est un acide aminé acide (63 ,64). L’enzyme de conjugaison Ubc9 peut interagir directement avec ce motif en induisant sa SUMOylation in vitro (63). Par contre, les protéines qui contiennent un ou des motifs consensus ne signifient pas forcément qu’elles sont SUMOylées (65), ce qui prouve que la SUMOylation dépend des substrats. 17 Cependant, les enzymes d’E3 ligase de SUMO facilitent la spécificité et l’efficacité de cette modification post-traductionnelle (66,67). Les lysines SUMOylées de ce motif consensus se trouvent d’une façon immédiate et spécifique en amont de résidus hydrophobes (68). Un autre sous-groupe des sites de SUMOylation a été déterminé. Il contient des résidus acides trouvant à deux ou trois résidus en aval des motifs consensus \fIKxEID pour former un motif de SUMOylation dépendant des acides aminés chargés négativement (NDSM), \fIKxElDxx (EID) n où \fi est un acide aminé hydrophobe, K est la lysine, x est n’importe quel acide aminé, E (acide glutamique) ou D (acide aspartique) est un acide aminé acide et n est le nombre de répétitions (69,70).

Cette charge négative améliore l’ affinité pour l’enzyme de conjugaison Ubc9 qui contient un motif consensus chargé positivement (71). Le motif de SUMOylation dépendant de la phosphorylation (PDSM) est un autre sous-groupe des sites de SUMOylation de type \fIKxE/xx-SP, avec S est une sérine et P est une proline (72). La phosphorylation de la sérine favorise la conjugaison de SUMO (73). Les PDSM sont identifiés dans de nombreux facteurs de transcription notamment les facteurs de choc thermique (HSF), facteur d’amélioration des myocytes 2 (MEF2) et les récepteurs liés aux oestrogènes (ERR) (72,74,75). L’ augmentation de l’ affinité pour l’enzyme Ubc9 est liée aux motifs NDSM et PDSM, mais elle peut être maintenue aussi par un autre motif riche en résidus hydrophobes dans leur extrémité N-terminale de type (\fi) nKxEID, nommé le motif de SUMOylation des noyaux hydrophobes (HCM). D’un autre côté, il existe un autre sous-groupe des sites de SUMOylation qui est connu sous le nom d’un site de SUMOylation consensus inversé (ISM), caractérisé par la structure suivante ElDxK\fI (68).