Conséquences de la sumoylation 66 

1.2.2.5.1. Expansion du génome / Diversification du protéome

On ne sait présentement quelle est l’étendue de la sumoylation et combien de protéines sont ciblées par cette MPT mais de nombreuses cibles ont été mises en évidence ces dernières années et leur nombre croît de façon exponentielle. Au moins une cinquantaine de protéines chez le mammifères ont été caractérisées (99). Tout d’abord nucléaires (facteurs et cofacteurs de transcription, protéines impliquées dans l’intégrité du génome, protéines concentrées dans les corps nucléaires, protéines du pore nucléaire etc.), on retrouve désormais des protéines cibles dans le cytoplasme, impliquées dans les voies de signalisation (367) et même membranaires (83). Une approche par spectrométrie de masse est en cours pour quantifier le nombre de protéines sumoylées tel que cela a été fait pour l’ubiquitination (communication personnelle du Dr. J.Peng lors du congrès « The Ubiquitin Family » à CSHL, NY, avril 2007). Gageons que beaucoup de candidats seront identifiés et que la sumoylation sera une MPT aussi répandue que l’ubiquitination. De premières études évaluent à 250 le nombres de protéines cibles de SUMO (92, 448). Avec un grand nombre de protéines cibles et la modification des protéines avec SUMO-1, 2/3, une diversification des protéines importante permettra, tout comme l’ubiquitination, de participer à la diversification du protéome. Cette MPT, avec 3 SUMO différents, qui peut, comme l’ubiquitination, donner lieu à des chaînes de polysumoylation (développé dans 1.2.2.5.3 below) entraîne des nouvelles affinités pour des protéines cibles qui sont alors reconnues par un motif de reconnaissance spécifique, le SIM ou SBD.

1.2.2.5.2. De nouvelles interactions : le domaine de liaison à SUMO, SIM ou SBD.

De 2000 à 2004, de nombreuses études ont suggéré l’existence d’un domaine de liaison à SUMO (SBD ou SIM) après l’observation de la liaison non covalente de SUMO à des protéines (9, 106, 153, 248, 273, 342). En 2004 et 2006 sont enfin sorties les séquences de liaison à SUMO, dénommées SBM (383) et SIM (162). En 2000, il fut proposé par analyse d’un motif commun aux protéines issues d’un criblage double hybride sur p73 sumoylé que la séquence « h-h-X-S‐X-[S/T]-a-a-a », (où h est un a.a. hydrophobe et a, un  a.a.  acide)  était  la  séquence  d’interaction  avec  SUMO‐1  (SIM)  (273).  En  2004,  une  étude  démontra  par  RMN  avec  des  peptides  synthétiques  que  l’interaction  de  PIAS,  PML, RanBP2, SAE2 avec SUMO-1, 2/3 était médiée par un motif définit comme « [V/I]- X-[V/I]-[V/I] » et présents dans de nombreuses protéines connues pour interagir avec SUMO (383). En 2005, une étude combinant criblage double-hybride et spectrométrie de masse définit un SBD selon la séquence « K-X3–5-[V/I]-[I/L]2-X3-[D/E/Q/N]-[D/E]2 ».

Finalement, la dernière étude publiée,  regroupant  un  système  de  criblage  double‐ hybride,  des  approches  bioinformatiques  et  l’utilisation  du  RMN  a  défini  un  SIM  universel par étude de PIAS et TTRAP dont l’interaction a été détaillée sur SUMO‐1 et  2. Cette étude, de plus, démontre que le SIM de PIASx est 67olubilised in vivo et que  cette  phosphorylation  module  positivement  l’interaction  avec  SUMO‐1  (rendant  la  conformation plus favorable à l’interaction) alors qu’elle ne change rien à celle avec  SUMO‐2  (162).  Ainsi  le  SIM  ou  SBD  est  de  mieux  en  mieux  définit  et  de  plus,  une  régulation  par  la  phosphorylation  permet  de  moduler  l’interaction  SIM  /  protéine  cible sumoylée. 

Le  SIM  joue  un  très  grand  rôle  dans  la  spécifité  de  UBC9  pour  les  protéines  cibles de diverses façons. Il a été démontré que UBC9, en plus du lien thiolester avec  SUMO sur sa cystéine catalytique, possède un SIM et est autosumoylé : 

• Le SIM en Ntal de UBC9 est impliqué dans une interaction non covalente 

avec SUMO‐1 et 2 (406). En effet, malgré leurs différences, SUMO‐1, 2/3  interagissent  de  façon  non  covalente  avec  la  même  affinité  pour  UBC9  (406). Cette interaction est située loin du site catalytique de UBC9 (406),  toutefois, si on l’empêche, la formation du lien thiolester UBC9‐SUMO et  l’activité  de  conjugaison  qui  en  résulte  sont  dramatiquement  réduits  bien que cela n’affecte pas la reconnaissance du substrat ou le transfert  de SUMO de UBC9 à la protéine cible (406). 

• UBC9 est de plus autosumoylé (sur la lysine 14 chez les mammifères et 

la lysine 153 chez la levure). SUMO ainsi lié de façon covalente à UBC9  peut interagir avec des SIM d’autres protéines. La sumoylation de UBC9  ne  modifie  pas  la  formation  du  lien  thiolester  avec  SUMO  mais  i)  augmente  la  sumoylation  de  certaines  cibles  possédant  un  SIM  telles  que sp100, ii) n’affecte pas la sumoylation d’autres, telles que HDAC4 et  E2‐25K et enfin, iii) réduit la sumoylation de RanGAP1. Il a été démontré  que  la  spécificité  de  substrat  démontrée  par  UBC9  relevait  d’une  combinaison  de  SIM  et  de  lysine  sumoylées :  la  sumoylation  de  UBC9  permet la création d’une nouvelle interface d’interaction avec le SIM de  sp100 et ainsi une plus forte affinité pour ce substrat (qui est d’habitude  apporté par une E3) (communication personnelle du Dr. A. Pichler lors du congrès « The Ubiquitin Family » à CSHL, NY, avril 2007).

1.2.2.5.3. Mono versus poly-sumoylation

Dans la levure, une lysine du long domaine Ntal a été impliqué dans la formation de chaîne polySUMO (33, 60). La délétion de cette protubérance Ntale toute entière chez la levure n’a cependant pas eu de conséquences majeures indiquant que, chez la levure tout au moins, à la différence de l’ubiquitination, la polySUMOylation n’est pas nécessaire à des fonctions essentielles (60). Cependant, la surexpression d’un SUMO-3 ayant son site de

polysumoylation muté ou non régule la production de β-amyloid démontrant un rôle physiologique de la polysumoylation qui diminue ici cette production (247).

Chez l’humain, seules SUMO-2/3 et 4 possèdent cette lysine au sein de la séquence consensus cible dans leur queue Ntale. SUMO-1 en est dépossédée et de ce fait, il est admis que SUMO-1 ne peut participer qu’à une monosumoylation in vivo (405). Toutefois, récemment, un groupe a démontré que SUMO-1 peut participer à une chaîne de polysumoylation en formant un lien isopeptidique en fin de chaîne et qu’ainsi des chaînes mixtes de SUMO-1, 2 et 3 peuvent être formées (communication personnelle du Dr. A.C.O. Vertegaal lors du congrès « The Ubiquitin Family » à CSHL, NY, avril 2007). Il est à noter également que SUMO-1 peut faire des chaînes in vitro et que ceci se produit avec trois de ses lysines Ntales (7,16, et 17) (309) ou sur la lys 117 (462). Comme on sait que des protéines peuvent être sumoylées sans la séquence cible consensus (80, 195, 210, 274, 332, 453), on peut imaginer que bien que SUMO-1 ne possède pas cette séquence, la formation de chaîne poly-SUMO-1 puisse exister in vivo même si cela n’a pas encore été mis en évidence. SUMO-2/3 pour leur part ont démontré former des polychaînes in vitro et in vivo (120, 405). Ces chaînes se font par la lys 11 contenue dans la séquence consensus cible de la queue Ntale et joueraient de plus un rôle physiologique déterminant la localisation de la protéine PML (120).

UBC9  a  un  SIM  qui  de  plus  serait  impliqué  dans  la  formation  de  chaînes  polySUMO  sur  les  protéines  cibles  sp100  et  HDAC4  (227).  Tout  comme  l’ubiquitination  et  bien  que  la  plupart  des  études  sur  SUMO  démontre  une  monoSUMOylation,  il  pourrait  être  d’usage  que  la  polysumoylation  soit  également  physiologiquement  utile.  Ce  parallèle  polyUb/polySUMO  est  d’autant  plus  probable  que  l’interaction  non  covalente  SUMO‐1/UBC9  ressemble  étrangement  à  celle  entre  Ub/UbcH5c (une E2 Ub) qui médie la formation de chaîne de polyUb K63 sur BRCA1  ((227) et communication personnelle du Dr. T.K. Sixma lors du congrès « The Ubiquitin Family » à CSHL, NY, avril 2007).

1.2.2.5.4. Généralisation : la sumoylation comme

mécanisme d’interaction protéique transitoire, implication dans les voies de signalisation

De par son nombre important de protéines modifiées (50 caractérisées (99) ,150 (151) à 250 estimées par de plus larges approches chez la levure (92, 448)), la sumoylation se retrouve au centre de nombreux processus cellulaires tels que la régulation transcriptionnelle (130, 262, 464), la structure de la chromatine et l’intégrité du génome (283), la transduction du signal (121, 239), la fonction et l’intégrité de compartiments sub- nucléaires (287), l’entrée dans le noyau (321, 322), la réparation et la réplication de l’ADN (178, 391), la protéolyse, la progression du cycle cellulaire (202, 372), la division cellulaire (97), la réponse au stress cellulaire (53), l’infection virale et bactérienne (45, 282, 301, 446), etc. (157, 369). Toutes ces fonctions, bien que différentes de celles induites par l’ubiquitination, semblent reposer sur des mécanismes similaires : une modification de la protéine cible, qui, grâce à des domaines de reconnaissance de cette MPT, présente une nouvelle affinité pour d’autres protéines avec lesquelles la protéine cible non modifiée n’en a aucune. De nouvelles interactions en résultent d’où un changement de localisation, de fonction etc. Les différents exemples illustrant les effets de cette MPT ne sont en fait que le reflet, selon la protéine cible, de ces nouvelles interactions protéiques induites et qui, rappelons le, sont réversibles, permettant ainsi la transmission d’un signal. L’exemple récemment publié de la protéine tyrosine phosphatase PTP1B qui est régulée par la sumoylation n e fait qu’ouvrir la voie à la découverte de nouveaux substrats directement impliqués dans les voies de signalisation (86, 126).

1.2.2.5.1. Dérégulation et pathologies associées

Comme la sumoylation est impliquée dans des mécanismes de prolifération et de différentiation des cellules, de réparation de l’ADN, elle est associée à diverses pathologies telle que des infections virales et bactériennes (45, 282, 301, 446), le cancer (11, 22, 101,

218, 368), des maladies neurodégénératives (327, 378, 390, 413, 415). Encore une fois, comme précédemment vu pour la phosphorylation et l’ubiquitination, ce n’est pas la sumoylation seule qui est importante mais le délicat équilibre entre sumoylation et désumoylation (73).

1.2.2.5.2. La sumoylation en tant que cible thérapeutique La doxorubicin, utilisée dans le traitement du cancer du sein a déjà démontré un mécanisme d’action impliquant la sumoylation du coregulateur transcriptionnel TIF1β (242). D’autres agents thérapeutiques utilisés dans le traitement des cancers oropharyngés ont également démontré une action sur la sumoylation (75). Bien que, comme l’illustre ces deux précédents exemples, des thérapies déjà utilisées démontrent des mécanismes d’action impliquant la sumoylation, aucune thérapie n’a encore été spécifiquement développée dans ce but. Il faut dire que nous sommes au tout début d’une nouvelle ère où la sumoylation devient une cible thérapeutique potentielle, en particulier UBC9. UBC9 étant la seule E2 responsable de la sumoylation connue à ce jour, et étant de plus, surexprimée dans un nombre croissant de cancers, devient ainsi le cœur des cibles visées (276).