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L'isoprénylation, la myristoylation, la palmitoylation, la glypiation |
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1. Introduction Les modifications les plus courantes de protéines par des lipides sont : l'isoprénylation, la N-myristoylation, la palmitoylation (ou S-acylation) et la glypiation.
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2. L'isoprénylation L'isoprénylation (ou prénylation) est la modification qui ajoute un groupement farnesyl ou géranylgéranyl, via une liaison thioether, sur une cystéine en position C-terminale ou proche de cette extrémité. La protéine est ensuite clivée juste après la cystéine modifée et un groupement méthyle y est ajouté en position C-terminale. |
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Les groupements farnesyl (15 carbones)
et géranylgéranyl (20 carbones) sont des poly-isoprenes insaturés. Ils
dérivent du mévalonate.
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Chez l'homme il existe 3 protéine prényltransferases : la farnesyltransferase (FT) et les géranylgéranyltransferase 1 et 2 (GGT1 et GGT2). La réaction catalysée par la GGT2 met en jeu 2 molécules de géranylgéranyl diphosphate, au lieu de 1 pour FT et GGT1. Chacune de ces protéines contient une sous-unité a et une sous-unité b. Les sous-unités a de FT et de GGT1 sont codées par le même gène (FNTA). La séquence consensus d'isoprénylation est : "Ca1a2X" où C est la cystéine modifiée.
Figure ci-contre, structure d'un inhibiteur de la FT et de la GGT1 Source : Tucker et al., 2002 |
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2b. Les protéines prényltransferases (Image générée avec Cn3D 4.1)
Structure de la protéine farnesyltransferase (EC 2.5.1.58) de Homo sapiens (Long et al. - 2004). Code accès : MMDB 28560 - Code accès : PDB 1S63 |
Structure de la protéine géranylgéranyltransferase type I (EC 2.5.1.59) de Rattus norvegicus (Reid et al. - 2004). Code accès : MMDB 29952 - Code accès : PDB 1TNZ |
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3. La myristoylation |
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La N-myristoylation est la modification qui ajoute un acide myristique (activé sous forme de myristoyl-CoA) sur une glycine en position N-terminale. La méthionine N-terminale issu du codon d'initiation de la traduction est au préalable clivée. L'acide myristique (C14:0) est présent en faible quantité dans les tissus animaux. Il ne représente que 0,6 % des acides gras totaux du foie de souris.
La O-acylation : liaison oxyester entre un acide gras et une sérine interne. Source : Rioux & Legrand (2001) |
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C'est une modification des protéines membranaires virales : par exemple, la protéine gag du virus HIV est myristoylée et sans cette modification, le virus ne peut pas produire de particules infectieuses. La rhodopsine bien que possèdant 7 domaines transmembranaires, utilise une ancre S-palmitoylée pour attacher l'extrémité C-terminale cytoplasmique à la membrane plasmique. |
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Cette enzyme s'appelle aussi : glycylpeptide N-tétradécanoyltransferase 1 (EC 2.3.1.97). Réaction : tétradécanoyl-CoA + glycylpeptide <=> CoA + N-tétradécanoylglycylpeptide Ci-contre, structure de la N-myristoyltransférase de Saccharomyces cerevisiae (Farazi et al. - 2001). Code accès : MMDB 16186 - Code accès : PDB 1IIC (Image générée avec Cn3D 4.1) |
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La S-palmitoylation (ou S-acylation) est la modification qui ajoute un acide palmitique (acide gras saturé en C16), via une liaison thioesther, sur une cystéine interne. La N-palmitoylation est la modification qui ajoute un acide palmitique, via une liaison amide, sur une cystéine N-terminale. Elles sont catalysées par des palmitoyl transférases. Une séquence peptidique consensus ressort de l'analyse des sites de palmitoylation connus : Cys-A-A-X, où A est un acide aminé aliphatique et X l'acide aminé C-terminal. La palmitoylation a lieu dans le cytoplasme et n'utilise pas les voies de sécrétion du réticulum endoplasmique. Contrairement à la prénylation et la myristoylation qui sont irréversibles, la palmitoylation est un processus dynamique qui implique des cycles de palmitoylation - dépalmitoylation, ce qui suggère un rôle régulateur de ce type de modification. |
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5. La glypiation 5a. Structure du substrat GPI et structure du site de fixation du GPI La glypiation est la modification qui ajoute un groupement glycosyl-phosphatidylinositol ou GPI ou ancre GPI sur un acide aminé en position C-terminale de protéines fixées à la membrane du réticulum endoplasmique. La protéine est fixée à la membrane avant glypiation et le reste après, mais par 2 entités structurales différentes :
Chez Saccharomyces cerevisiae, l'ancrage GPI est essentiel pour la croissance : sur environ 6200 phases de lecture ouvertes ressencées sur son génome, 60 codent des protéines à ancre GPI. Du fait qu'elles contiennent des phospholipides, les structures des ancres GPI confèrent une grande mobilité aux protéines membranaires ainsi ancrées. Une autre caractéristique des ancrages GPI est l'activation potentielle des protéines de la membrane ainsi ancrées, qui peuvent être relarguées par un mécanisme de signalisation impliquant une phospholipase C spécifique (EC 3.1.4.3). |
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L'ancre GPI est pré-assemblée dans la membrane. Elle est composée :
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Source : B. Eisenhaber et al. (2003) Plant Physiol. 133, 1691 |
Le schéma ci-contre indique les 2 séquences signal nécessaires pour un ancrage GPI :
Cette dernière contient 4 régions (notées i à iv) :
La forme mature de la protéine après les modifications liées à la glypiation est précisée sur la figure. |
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Structure shématique de la protéine prion PrP. Sont indiqués :
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Source : A. Gill et al. (2000) EMBO J. 19, 5324 - 5331 |
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Au cours de la glypiation catalysée par la transamidase GPI on suppose que :
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5c. Structure de la transamidase GPI de Saccharomyces cerevisiae La transamidase GPI est un complexe protéique constitué des protéines suivantes :
On peut noter qu'il existe un autre mécanisme enzymatique : les acides aminés du peptide signal C-terminal sont relargués par une carboxypeptidase, suivi de la fixation du GPI par une transférase. |
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5d. Réaction de pré-assemblage du GPI (2è étape) - Voir la voie de biosynthèse : KEGG La seconde étape de la synthèse de l'ancre GPI est catalysée chez tous les eucaryotes par la N-acetylglucosaminylphosphatidylinositol déacetylase (GPI12 - EC 3.5.1.89). Elle est située dans la membrane du réticulum endoplasmique. Réaction : 6-(N-acetyl-D-glucosaminyl)-1-phosphatidyl-1D-myo-inositol + H2O <==> 6-(alpha-D-glucosaminyl)-1-phosphatidyl-1D-myo-inositol + acétate |
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Récapitulatif des principales caractéristiques des 4 classes majeures d'acylation des protéines Source : S. Patterson (2002) |
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Class of protein acylation
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N-Myristoylation
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S-Palmitoylation
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Prenylation
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Glypiation
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Type of event
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Cotranslational
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Posttranslational
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Cotranslational
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Cotranslational and posttranslational
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Group and bond
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Amide-linked fatty acid
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Thioester-linked fatty acid
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Thioether-linked isoprenoid
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Polysaccharide-linked phosphatidylinositol
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Location of modification
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N-terminal glycine
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Predominantly cysteine anywhere
in the protein
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C-terminal cysteine
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C-terminal amino acid after
signal cleavage
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Reversibility
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Stably bonded
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Fatty acid turns over
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Stably bonded
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Stably bonded with fatty acid
remodelling
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Association with protein synthesis
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One step, NMT
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Not known
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Two-step, Ftase, GGtase
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Complex synthesis
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Type of association
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With proteins
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Membrane insertion
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With proteins, maybe membrane
insertion
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Membrane insertion
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Type of proteins modified
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Intracellular proteins
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Intracellular or transmembrane
proteins
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Intracellular proteins
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Cell surface proteins
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Effect of modification
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Reversible inter- or intra- protein associations |
Proteins localize to rafts and polarized cell compartments |
Proteins associate reversibly with various intracellular membranes/proteins |
Proteins localize to rafts in apical or axonal membrane domains |
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Abbréviations : NMT,
N-myristoyltransferase - Ftase, farnesyltransferase - GGtase, geranylgeranyltransferase
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| 6. Liens Internet et références bibliographiques |
| "PrePS - Prenylation Prediction Suite" : Site web pour la prédicion de sites de farnesylation (CaaX), de géeranylgéranylation (CaaX) et de géranylgéranylation (Rab) | |
| PRENbase : Base de données spécifiques des protéines prénylées [ farnesylation (CaaX), de géeranylgéranylation (CaaX) et de géranylgéranylation (Rab)] | |
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Tucker et al. (2002) "The synthesis and biological evaluation of a series of potent dual inhibitors of farnesyl and geranyl-Geranyl protein transferases", Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 12, 2027 - 2030 |
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| S.Patterson (2002) "Posttranslational protein S-palmitoylation and the compartmentalization of signaling molecules in neurons" Biol. Res. 35, 139 - 150 | |
| Myristoylation : "Myristoylator" - Site web pour la prédicion de site de N-myristoylation (réseau de neurones) | |
| Glypiation : "Big-PI Plant Predictor" - Site web pour la prédiction de site de modification par ancrage GPI chez les plante |