Les complexes de type BTB-Cullin-3

Le complexe BTB-Cullin-3 (Figure 12-F) a été mis en évidence au cours de ces deux dernières années. Dans ce type de complexe la protéine ubiquitine ligase E3 est de type Cullin-3. Elle interagit par sa partie N-terminale avec une protéine adaptatrice contenant un domaine de type BTB-POZ. Nous reparlerons dans cette introduction plus longuement de ce type de domaine. Ces protéines adaptatrices à domaine BTB-POZ combinent en une seule protéine, d’une part la fonction de protéine de liaison à l’ubiquitine ligase E3 via le domaine BTB-POZ (rôle de la protéine Skp1 pour le complexe SCF et du dimère elongine B et C pour le complexe ECS) et d’autre part la fonction adaptatrice de reconnaissance spécifique du substrat grâce à des motifs d’interactions protéiques variés présents dans la protéine.

Le complexe BTB-Cullin-3 le mieux caractérisé est celui mettant en jeu chez le

C. elegans l’association Cullin-3 et la protéine adaptatrice MEL-26 contenant un domaine BTB-POZ à l’extrémité C-terminale et un domaine MATH à l’extrémité N-terminale. Ce complexe permet la dégradation via le système d’ubiquitination et dégradation par le

BTB-POZ Kelch

53

2 27

141

BTB POZ Kelch

53

3

8

0

Figure 13 : Distribution du domaine BACK au sein du groupe des protéines connues du génome humain contenant les domaines BTB-POZ et Kelch. Chez l’homme, la majorité des domaines BACK sont trouvés dans les protéines associant les domaines BTB-POZ et Kelch. Le domaine BACK est toujours trouvé en simple copie et associé à l’un des domaines déjà cités (Stogios et al 2004)

BACK

associé à l un des domaines déjà cités (Stogios et al., 2004).

INTRODUCTION

19 protéasome 26S de la protéine Mei-1 qui contrôle le passage de la méiose à la mitose (Pintard et al.2003 ; Xu L and Wei Y, 2003). Récemment, il a été montré que le complexe associant Cullin-3 et la protéine adaptatrice Spop contenant un domaine BTB-POZ et un domaine MATH permet la dégradation de la protéine Bmi1 et de l’histone MacroH2A1. Ces protéines sont constitutives respectivement des complexes PRC (Polycomb Repressive Complex) et MacroH2A, ces deux complexes étant impliqués dans l’inactivation du chromosome X (Hernandez-Munoz et al., 2005). Les deux exemples précédents fondent un groupe basé sur les caractéristiques structurelles de la protéine adaptatrice, celle ci contenant un domaine MATH présent à l’extrémité N terminale et un domaine BTB-POZ à l’extrémité C terminale.

De la même manière, il est possible de distinguer un autre groupe de protéines adaptatrices. Il a été montré qu’il existe chez l’homme un complexe où la protéine Cullin-3 est associée à la protéine adaptatrice Keap1. La protéine Keap1 contient un domaine BTB-POZ à l’extrémité N-terminale immédiatement suivit par un domaine BACK dont la fonction est encore inconnue. C’est une étude bioinformatique du laboratoire de G. Privé qui a mis en évidence la présence prééminante du domaine BACK dans les protéines contenant un domaine BTB-POZ associé à un domaine Kelch (Figure 13). Il n’y a pas de fonction connue pour ce type de domaine mais sur la base de l’analyse de sa structure, il a été suggéré que ce domaine permette l’orientation de la protéine adaptatrice dans le complexe d’ubiquitination (Stogios and Privé, 2004). A l’extrémité C-terminale de la protéine Keap1 se trouve un domaine de type Kelch dont la principale propriété est d’interagir avec les filaments d’actine (Adams et al., 2000). Il a été montré que Keap1 permet la dégradation du facteur de transcription Nrf2. C’est un facteur de transcription qui active plusieurs gènes qui codent pour des protéines aux propriétés antioxydantes et pour des enzymes impliquées dans le métabolisme des xénobiotiques. En réponse à un stress oxydatif, le facteur Nrf2 transloque du cytoplasme vers le noyau et se fixe aux éléments de réponse antioxydants (ERA) présents dans les promoteurs des gènes cibles. En situation normale, le facteur est séquestré dans le cytoplasme par la protéine Keap1 qui entraîne son ubiquitination puis sa dégradation par le protéasome 26S (McMahon et al., 2003 ; Zhang and Hannink, 2003 ; Kobayashi et al., 2004 ; Furukawa and Xiong, 2005). La protéine gigaxonine a fait l’objet de travaux récents. Cette protéine contient les différents domaines BTB-POZ, BACK et Kelch. Initialement, il a été montré que la mutation de cette protéine entraîne l’apparition d’une maladie neurodégénérative grave caractérisée par l’accumulation de neurofilaments dans les axones (Kuhlenbaumer et al., 2002). Il a été montré que cette protéine est impliquée dans le contrôle de l’organisation des microtubules via son interaction avec MAP1b (Microtubule Associated

INTRODUCTION

20 Protein 1b) et que la protéine MAP1b permet la stabilisation structurelle des neurones en maintenant l’intégrité du cytosquelette (Ding et al., 2002). Les travaux de double hybride en levure et d’immunoprécipitation de Furukawa ont montré que gigaxonine interagit avec Cullin-3 (Furukawa et al., 2003) mais c’est tout récemment qu’a été montré la fonction adaptatrice de gigaxonine dans un complexe BTB-Cullin-3 permettant l’ubiquitination de MAP1b suivit par sa dégradation par le protéasome (Allen et al., 2005). On peut donc définir un autre groupe de protéines adaptatrices contenant un domaine BTB-POZ immédiatement suivit par un domaine BACK présent à l’extrémité N-terminale et un domaine Kelch à l’extrémité C-terminale.

Il n’existe à ce jour que ces quatre exemples de complexes BTB-Cullin-3 associés à leurs substrats qui sont caractérisés mais il semble probable que de nombreux complexes BTB-Cullin3 permettant la dégradation de protéines cibles n’ont pas encore été caractérisés. En effet, un criblage double hybride en levure effectué avec la protéine Cullin-3 de C elegans

comme appât a permis d’obtenir 11 protéines BTB-POZ comme partenaires d’interactions, le même type de criblage chez l’homme a permis d’obtenir 13 protéines BTB-POZ (Furukawa et al., 2003).