L'hydroxylation

1. Introduction

2. Collagène et hydroxyproline

3. Formation de la 4-hydroxyproline

4. La prolyl 4-hydroxylase

5. L'hydoxylysine et la lysyl hydroxylase

6. Liens Internet et références bibliographiques

 

1. Introduction

L'hydoxylation est la modification post-traductionnelle qui ajoute un ou des groupement(s) hydroxyle (-OH) à une protéine.

Les acides aminés hydroxylés sont : la proline (qui devient hydroxyproline), la lysine (qui devient hydroxylysine), mais aussi l'acide aspartique, la tyrosine.

L'hydroxyproline et l'hydroxylysine sont les acides aminés majoritaires du collagène.

L'hydroxylation des lysines et des prolines, de même que la glycosylation des hydroxylysines sont des modifications co-traductionnelles (pendant la synthèse des chaînes de collagène) et post-traductionnelles (après que les chaînes de collagène aient été relarguées des ribosomes).

 

2. Collagène et hydroxyproline

Le collagène est la protéine majeure de la plupart des tissus conjonctifs et la protéine prépondérante chez les vertébrés (30% des protéines totales des Mammifères : peau, os, tendons, vaisseaux sanguins).

Le collagène est formé de 3 chaînes polypeptidiques hélicoïdales gauches torsadées l'une autour de l'autre en une superhélice de pas droit.

 

Remarque : ces hélices ne sont pas comparables aux hélices a, incompatibles avec la présence d'une proline.

En effet, la proline est un acide a-iminé (groupe aminé secondaire).

Sa chaîne latérale est liée à la fois au groupe a-carboxyle ET au groupe a-aminé.

Source figure : Protein Data Bank

Source : "Principes de Biochimie" Horton, Moran, Ochs, Rawn et Scrimgeour (1994)

Ed. DeBoeck Universités
La figure ci-contre représente la séquence des 139 premiers résidus d'une chaîne de collagène de peau de rat.

Le collagène est caractérisé par le motif : Gly - X - Y - Gly

En conséquence, chacune des chaînes portent une glycine tous les 3 résidus (30% des résidus). En effet, la petite chaîne latérale (H) peut s'insinuer dans les espaces interhélicaux.

Le résidu X est souvent Pro (en rose) et le résidu Y souvent la 4-hydroxyproline ou Hyp (en bleu).

Pro et Hyp représentent 25% des résidus.

 

3. Formation de la 4-hydroxyproline

Il s'agit de l'hydroxylation de résidus proline par la 4-prolyl-hydroxylase ou procollagene-proline dioxygénase (EC 1.14.11.2)

L'un des 2 atomes de l'oxygène (préalablement activé) s'attache à la proline, l'autre est incorporé au succinate lors de la décarboxylation de l'a-cétoglutarate.

L'ascorbate (forme ionisée de la vitamine C) sert d'agent réducteur.

 
  • l'inhibition de l'hydroxylation de la proline (liée par exemple à une carence en vitamine C) est à l'origine du scorbut
  • récemment, un rôle important de la 4-hydroxyproline a été mis en évidence dans la régulation d'un facteur de transcription inductible par l'hypoxie ("hypoxia-inducible factor" ou HIF)
  • les glycoprotéines riches en hydroxyproline (GRHP) des plantes sont des composants structuraux de la paroi aussi importants que le collagène pour la matrice extracellulaire des tissus animaux. La plupart des GRHP appartiennent à l'un des 4 groupes suivants : les extensines, les protéines riches en proline, les lectines riches en 4-hydroxyproline, les protéines à arabinogalactane

 

4. La prolyl 4-hydroxylase
  • c'est un tétramère avec 2 sous-unités a et 2 sous-unités b
  • la sous-unité a contient le site catalytique mais est totalement insoluble sans la sous-unité b
  • la sous-unité b est identique à la disulphide isomerase

Ci-contre, la structure du domaine de fixation du peptide - substrat de la prolyl 4-hydroxylase du collagène de type I de Homo sapiens (Pekkala et al. - 2004).

Code accès : MMDB 29933 - Code accès : PDB 1TJC

Image générée avec Cn3D 4.1

 

5. L'hydoxylysine et la lysyl hydroxylase

Les hydoxylysines sont glycosylées par le galactose ou le glucosylgalactose

Elles servent à stabiliser les liaisons covalentes intra- et inter-moléculaires au sein du collagène

La lysyl hydroxylase ou protocollagen-lysine 2-oxoglutarate 5-dioxygenase (E.C. 1.14.11.4, famille des 2-oxoglutarate dioxygenases) est un homodimère (2 x 85 kDa) localisée dans la lumière du reticulum endoplasmique. Il existe 3 isoenzymes chez l'homme : les lysyl hydroxylases 1, 2 et 3 (LH1 à LH3).

La lysyl hydroxylase de l'homme contient 709 acides aminés et un peptide signal de 18 acides aminés supplémentaires. Elle contient 4 sites d'attache d'oligosaccharides pour la N-glycosylation d'asparagines.

La lysyl hydroxylase catalyse l'hydroxylation des lysines trouvées dans la séquence consensus X-Lys-Gly du collagène. La réaction recquiert Fe2+, 2-oxoglutarate, O2 et la vitamine C et produit du succinate et du CO2.

 

6. Liens Internet et références bibliographiques

Pekkala et al. (2004) "The Peptide-Substrate-binding Domain of Collagen Prolyl 4-Hydroxylases Is a Tetratricopeptide Repeat Domain with Functional Aromatic Residues" J. Biol. Chem. 279, 52255 - 52261

Métabolisme de la proline
Site trés complet : Collagènes, hydroxylysine, lysyl hydroxylase et pathologies associées

"Occurrence and functions of 4-hydroxyproline in animal and plant proteins"