4. Les protéines de la famille Bcl-2
4.1. La famille Bcl-2
4. Les protéines de la famille Bcl-2
4.1. La famille Bcl-2
4.1.1. Généralités
Le nom de cette famille provient de la première protéine anti-apoptotique Bcl-2 découverte lors d’une étude menée en 1984 sur les lymphomes folliculaires, plus particulièrement suite à une translocation impliquant les chromosomes 14:18 (56). Des études ultérieures ont permis de découvrir, par co-immunoprécipitation, une liaison entre Bcl-2 et la protéine pro-apoptotique Bax (56). Ensuite une famille entière de protéines régulant l’apoptose et plus généralement la mort cellulaire a été découverte. A l’heure actuelle cette famille compte plus de vingt membres, séparés en trois groupes : les protéines anti-apoptotiques, les pro-apoptotiques et les BH3 protéines. Ces protéines présentent des domaines BH1 et BH2, mais ils ne sont pas partagés par l’ensemble des protéines de la famille Bcl-2. Par contre, ces trois groupes possèdent un point commun propre à toutes les protéines de la famille Bcl-2, à savoir qu’elles comportent toutes une séquence BH3 dans leur séquence spécifique ainsi qu’une hélice α. Cette séquence BH3 commune va permettre la complexation théorique de toutes les protéines du groupe, mais leur degré d’affinité est variable, comme dans le cas de Mcl-1 et A1 qui présentent une plus grande affinité pour NOXA que les autres membres de la famille Bcl-2 (57). De plus, il est intéressant de noter que les protéines de la famille Bcl-2, et notamment Bcl-xL, ont une analogie de structure avec
des toxines bactériennes (i.e. Diphterie), connues pour leur effet sur l’activité mitochondriale (58) (Figure 7).
Dans des conditions physiologiques normales, la cellule entrerait spontanément en apoptose, mais cette dernière est constamment inhibée par des protéines anti-apoptotiques par le biais des domaines BH qui jouent un rôle important dans l’induction de la mort cellulaire (59). Ainsi, l’ajout du domaine BH4 aux protéines pro-apoptotiques telle que Bax est suffisant pour transformer cette protéine en inhibiteur de l’apoptose, tout comme le retrait de cette séquence à Bcl-2 permet de donner à cette protéine un pouvoir inducteur de l’apoptose. Cependant ce domaine ne détermine, pas à lui seul, le potentiel anti- ou pro-apoptotique d’une protéine car Mcl-1 et A1 ne présentent pas ce domaine (59).
Dans la cellule, les protéines anti-apoptotiques bloquent les protéines pro-apoptotiques en interagissant au niveau de leur domaine BH3 grâce à des liaisons hydrophobes et électrostatiques. Ces interactions sont complexes puisqu’elles sont soit directement liées à la conformation et à la localisation de la protéine pro-apoptotique (en fonction de la conformation le domaine BH3 sera ou ne sera pas exposé aux protéines anti-apoptotiques), soit liées au taux d’expression des protéines dans la cellule. Par ailleurs, s’il n’y a pas assez de protéines anti-apoptotiques pour inhiber les isoformes apoptotiques, un effet pro-apoptotique en résultera. Ces deux sous-familles ne sont pas les seules à jouer un rôle dans la régulation de l’apoptose. En effet, il existe des protéines BH3 inductibles en fonction du signal apoptotique, qui ciblent directement les protéines anti-apoptotiques en bloquant leur domaine BH3 et en les empêchant ainsi d’inhiber les protéines pro-apoptotiques.
4.1.2. Séquence protéique et conformation
Les protéines de la famille Bcl-2 ont des conformations directement liées à leur effet anti-apoptotique notamment grâce à la présence de nombreuses hélices α (1 à 9) présentes dans toutes les protéines de la famille Bcl-2. En effet, ce sont ces changements de conformation entre les domaines BH et les hélices qui permettent d’une part leur ancrage dans les membranes des mitochondries, du réticulum ou du noyau et d’autre part leur interaction avec les protéines pro-apoptotiques et protéines BH3. Bcl-2 est exclusivement membranaire, contrairement à Mcl-1 et Bcl-xL qui se localisent partiellement dans le cytosol, notamment à cause de leur conformation : la partie C-terminale (C-term) hydrophobe est repliée à
Figure 7 : Protéines de la famille Bcl-2 (adapté de (60))
Figure présentant une liste des principales protéines de la famille Bcl-2, en fonction de la présence ou non des domaines BH et du domaine transmembranaire (TM). * : Mcl-1 est la plus longue des protéines de la famille Bcl-2, en opposition à Noxa (**) qui est la plus courte.
l’intérieur d’une poche hydrophobe créée par les domaines BH et les hélices α. Ainsi, lors de l’ancrage dans une membrane, ce sont les domaines C-term et transmembranaire qui servent à la fixation. Leur présence dans la membrane mitochondriale permet l’inhibition des protéines pro-apoptotiques comme Bax, Bak ou Bok (Bcl-2-related Ovarian Killer) en bloquant leur site BH3 et en empêchant un ancrage « profond » dans la membrane mitochondriale ainsi que leur dimérisation.
Lors d’un stimuli apoptotique, les protéines anti-apoptotiques vont soit changer leur conformation, soit être phosphorylées. Elles libèrent ensuite les protéines pro-apoptotiques telles Bax, Bak ou Bok déjà fixées. Cependant l’expression des protéines anti-apoptotiques peut diminuer à cause de l’inhibition de leur transcription ou de leur traduction, par exemple, ou encore il peut y avoir expression de protéines BH3 qui vont interagir avec les protéines anti-apoptotiques et les empêcher de séquestrer des protéines pro-apoptotiques. Ainsi libérées, les protéines pro-apoptotiques vont pouvoir s’ancrer profondément dans la membrane mitochondriale notamment grâce à leurs hélices α 5 et 6, ce qui aura pour conséquence l’exposition du domaine BH3, qui ne sera plus caché par les protéines anti-apoptotiques. Ce domaine pourra fixer d’autres protéines pro-apoptotiques et formera des complexes membranaires avec les canaux VDAC qui induiront la formation des pores mitochondriaux. Induisant un relargage de facteurs pro-apoptotiques tels que le cytochrome c ou encore de SMAC/DIABLO (57, 61, 62).