Le domaine TBC et son activité RabGAP

Les protéines Rabs sont des protéines monomériques possédant un groupement géranylgéranyl (prénylation avec une liaison covalente d'un groupe lipidique) essentiel pour l'interaction avec les membranes. Ces protéines jouent un rôle dans divers types de transport vésiculaire. Les Rabs forment la plus grande famille de petites GTPases. En incluant les isoformes, il existe plus de 60 protéines Rabs différentes. Certaines Rabs sont exprimées de façon ubiquitaire dans les cellules alors que d’autres sont spécifiques à certains types cellulaires. (Coxon et Taylor, 2008) L’activité des protéines est finement régulée dans le temps et dans l’espace. Elles sont impliquées dans la formation de vésicules, leur transport aux bons emplacements et la fusion de vésicules avec d’autres vésicules ou avec des membranes. La régulation des fonctions des Rabs est donc primordiale puisque celles-ci jouent un rôle dans un grand nombre de processus cellulaires, dont l’autophagie, la prolifération, la différenciation, les réponses immunologiques, etc. Les protéines Rabs sont aussi retrouvées en aval de voies de signalisation et peuvent influencer l’expression de gènes. (Frasa et al., 2012) (Schwartz et al., 2007)

Le domaine TBC est un domaine hautement conservé retrouvé dans la famille des protéines GAPs (GTPase-activating proteins) inactivant les Rabs. Les RabGAPs facilitent la régulation des

Figure 8 : Les isoformes du gène TBC1D25

Le gène TBC1D25 possède deux isoformes connus. Seul l’isoforme long a des domaines fonctionnels : un domaine liant LC3 (vert) et un domaine hautement conservé nommé TBC (bleu). Les 78 premiers acides aminés du N-terminal (rouge) sont identiques dans les deux isoformes et ne possèdent pas de fonction connue.

processus impliquant les protéines Rabs par leur inactivation en hydrolysant la guanosine triphosphate (GTP) présente sur leur forme active. (Frasa et al., 2012) La présence du domaine TBC dans les protéines RabGAPs augmente la vitesse d’hydrolyse du GTP présent sur la protéine Rab active. (Gavriljuk et al., 2012) Les RabGAPs de concert avec les RabGEFs permettent la régulation des protéines Rabs. (Figure 9)

L’activation d’une protéine Rab est possible lorsque la protéine est liée à un GTP. Pour ce faire, la protéine doit se défaire de son lien avec la guanosine diphosphate (GDP) et lier un GTP. L’activité intrinsèque de la protéine n’est pas suffisante pour libérer rapidement le GDP. Les RabGEFs permettent donc l’activation des Rabs en accélérant la libération du GDP et permettant la liaison d’un GTP. La liaison du GTP provoque la diminution de l’affinité entre la Rab et la RabGEF et le relâchement de la Rab qui est maintenant active. L’activation de la protéine Rab lui permet de participer à la régulation du transport de vésicules en se fixant par prénylation à leur membrane et en interagissant avec un effecteur. Les effecteurs peuvent être diverses protéines, dont des kinases, des phosphatases, des molécules régulant la fusion de vésicules, etc. (Zhen et Stenmark, 2015)

Figure 9 : Régulation de l’activité des petites GTPases Rabs

Les protéines Rabs sont activées lorsqu’elles sont liées à un GTP. Les rabGEFs facilitent cette liaison ce qui permet aux Rabs de se fixer à la membrane d’une vésicule par prénylation et réguler le transport de celle-ci avec la collaboration d’une protéine effectrice. L’inactivation des Rabs est effectuée par les RabGAPs qui hydrolysent le GTP en GDP. Les RabGDIs vont finalement cibler le groupe lipidique permettant l’interaction entre les protéines Rabs et la vésicule puis protéger celui-ci jusqu’à une nouvelle activation de la protéine.

L’activité intrinsèque de la protéine GTPase n’étant pas assez efficace pour hydrolyser rapidement le GTP, les protéines RabGAPs accélèrent le processus pour inactiver la protéine. C’est à l’aide de deux acides aminés catalytiques (R finger et Q finger) qu’il y a hydrolyse et génération d’un phosphate inorganique. (Fukuda, 2011) (Frasa et al., 2012)

Lorsque la protéine est inactivée, la liaison de la protéine Rab à la membrane de la vésicule est perturbée par les protéines RabGDIs qui extraient et protègent le groupe lipidique insoluble des protéines Rabs. Les RabGDIs restent fixées à la protéine pour protéger le groupement lipidique jusqu’à ce que la Rab soit activée à nouveau. (Cherfils et Zeghouf, 2013)

Les RabGAPs peuvent inactiver plusieurs Rabs distinctes dans un même processus cellulaire ou être spécifiques à une protéine Rab participant à plusieurs types de transport vésiculaire. De plus, l’inactivation d’une protéine Rab peut être effectuée par plusieurs RabGAPs. Les substrats des 40 protéines de la famille des RabGAPs ne sont pas tous connus. (Frasa et al., 2012) De plus, les mécanismes de régulation de l’activité des protéines RabGAPs, contrairement à d’autres familles de protéines GAPs, n’ont pas été identifiés. L’hypothèse est que l’activité des protéines est régulée par des événements catalytiques qui provoquent leur auto-inhibition par exemple par le changement de leur conformation ou par la modification de leur localisation dans une cellule. C’est le cas pour les protéines de la famille RhoGAP et ArfGAP. (Cherfils et Zeghouf, 2013) Certaines protéines RabGAPs (TBC1D4, TBC1D1) sont régulées par phosphorylation. D’autres sont connues pour être inhibées lors d’interaction spécifique avec d’autres protéines. Le mécanisme de régulation de l’activité RabGAP de TBC1D25 n’est cependant pas connu. (Frasa et al., 2012)

1.6.2.1 Le transport vésiculaire dans les ostéoclastes

Dans l’ostéoclaste, au moins 26 protéines Rabs différentes sont exprimées. (Hirvonen et al., 2012) De ces Rabs, quelques-unes ont été impliquées dans la résorption osseuse, l’activité principale de l’ostéoclaste. Rab7 contrôle la fusion des endosomes entre eux ainsi que leur fusion avec la membrane plissée comme décrites précédemment. Bien que leur rôle ne soit pas bien défini, Rab3 et Rab9 sont aussi localisées à la membrane plissée et semblent essentielles à la résorption osseuse. (Itzstein et al., 2011) (Zhao et al., 2002) De plus, il a été récemment montré que l’absence de la protéine Rab27a empêche l’activité de résorption de l’ostéoclaste, mais n’affecte pas le reste de son phénotype. (Tsukuba et al., 2017) À ce jour, ces protéines Rabs sont les seules pour lesquelles un rôle dans l’ostéoclaste a été identifié malgré l’importance du transport vésiculaire dans cette cellule.

Le transport vésiculaire est essentiel non seulement à la résorption osseuse, mais à plusieurs autres processus régulant l’activité et la survie de la cellule. Le transport vésiculaire permet également l’évacuation des produits de dégradation de la matrice osseuse de la lacune de résorption vers le milieu extracellulaire par transcytose. L’évacuation des produits de dégradation est nécessaire pour la survie et l’activité de l’ostéoclaste puisqu’elle régule le niveau de ces molécules dans le compartiment de résorption afin d'éviter des taux toxiques pour la cellule. Le transport vésiculaire est aussi impliqué dans le recyclage des récepteurs d’intégrines qui permet la motilité de l’ostéoclaste en permettant l’assemblage et le désassemblage des podosomes. Jusqu’à maintenant, il y a très peu d’information sur l’implication des différentes Rabs dans le transport vésiculaire ainsi que sur leur régulation dans l’ostéoclaste. (Coxon et Taylor, 2008) (Zhao, 2012)