La famille des protéines à domaine SAC1

La protéine Sac1 (Suppressor of actin) est une PIP-phosphatase qui a été originellement identifiée chez la levure Saccharomyces cerevisiae lors d’études visant l’identification de protéines régulatrices de l’actine et du trafic de membranes dans les réseaux golgiens et endosomaux127

27 Depuis, plusieurs autres protéines possédant un domaine homologue de SAC ont été identifiées autant chez Saccharomyces cerevisiae que chez les cellules mammifères. Les protéines à domaines SAC peuvent être divisées en 2 groupes : les protéines contenant seulement le domaine SAC (Sac1 et Fig4 chez la levure; Sac1, Sac2/INPP5F et Sac3/FIG4 chez l’humain) et les protéines qui possèdent aussi un domaine 5-phosphatase adjacent au domaine SAC (les synaptojanins 1-2 chez les mammifères)150. L’étude de ces protéines a révélé d’importants rôles dans les fonctions et l’homéostasie des cellules autant chez la levure que chez les cellules mammifères.

1.4.1. Protéine Sac1 chez la levure

1.4.1.1.

Structure et activité catalytique de Sac1

Sac1 est une protéine de 67 kDa encodée par le gène SAC1151. Elle possède deux domaines transmembranaires à son extrémité carboxy-terminale qui lui permettent de s’insérer dans les membranes cellulaires. Sac1 est décrite comme une protéine membranaire de type II, dont les deux extrémités font face au cytosol152. Le domaine SAC1 est formé de 400 acides aminés comportant sept motifs hautement conservés, dont le motif catalytique CX5R(T/S) commun à plusieurs autres

protéines et phosphatases149,153. Ce motif, signature des phosphatases métal-indépendantes, fait face au cytosol et permettrait l’hydrolyse du PIP en transférant le phosphate à la cystéine nucléophile, ce qui génère un intermédiaire phospho-cystéine154. In vitro, l’activité phosphatase du domaine SAC1 est dirigée principalement contre le PI(3)P ainsi que le PI(4)P et moins efficacement contre le PI(3,5)P2

149,155

. Les espèces de PIP ayant des phosphates en positions adjacentes, soit le PI(3,4)P2 et

le PI(4,5)P2, ne sont pas des substrats de la phosphatase 149

. En revanche, in vivo chez la levure S. cerevisiae, une diminution de l’expression de cette PIP-phosphatase cause une augmentation des niveaux globaux de PI(4)P, montrant que son action est principalement dirigée contre cette espèce particulière de PIP149. La conformation de la protéine en condition physiologique, ou la présence de partenaires protéiques, sont des facteurs qui pourraient influencer l’activité enzymatique du domaine et expliquer cette spécificité.

1.4.1.2.

Localisation et rôles cellulaires de Sac1

La phosphatase Sac1 est trouvée associée avec les membranes du RE et de l’appareil de Golgi151

de façon cyclique dépendante des niveaux de glucose. Dans les levures en prolifération, l’enzyme est trouvée majoritairement au RE, mais aussi en plus faible quantité sur la face cis-golgienne. Cela crée donc un gradient de PI(4)P à travers l’appareil de Golgi, avec une concentration plus élevée sur la face trans, qui favorise le transport vésiculaire antérograde156,157. Chez les levures sous carence en glucose ou quiescentes, on trouve plutôt Sac1 à l’appareil de Golgi, où elle dégrade le PI(4)P et par

28 le fait même, régule à la baisse le trafic antérograde sortant de cet organite158. Un mécanisme similaire est présent chez les cellules mammifères (section 1.4.2.1)156.

Étant donné sa localisation, la protéine Sac1 est un facteur majeur dans le maintien de l’identité et la régulation de la fonction de l’appareil de Golgi. Constamment soumis à l’afflux et l’efflux de membranes, cet organite est sous la menace d’une uniformisation du PI(4)P sur sa surface, ce qui peut nuire au trafic vésiculaire qui s’y effectue109. La phosphatase Sac1 n’occupe pas de fonctions essentielles chez la levure. Toutefois, comme mentionné plus haut, son absence dans les cellules est associée avec une augmentation des niveaux intracellulaires de PI(4)P149, ainsi qu’à des défauts de fonction du RE et de l’appareil de Golgi due à une réorganisation des protéines liant les PIP152,159,160

. Une multitude d’autres défauts cellulaires sont aussi remarqués : désorganisation du cytosquelette d’actine, incapacité à synthétiser des composés inositols, sensibilité de la croissance cellulaire au froid, sensibilité à plusieurs médicaments, ainsi que perturbations de la fonction vacuolaire, du maintien de la paroi cellulaire et du transfert d’ATP au RE161.

1.4.2. Homologues de Sac1 chez les mammifères et l’humain

1.4.2.1.

Structure de Sac1

De façon similaire à ce qui est décrit chez la levure, les protéines humaines et mammifères qui possèdent un domaine d’homologie SAC1 sont trouvées au RE et à l’appareil de Golgi127

. Comme mentionné à la section précédente, la protéine est transportée entre les deux organites selon un processus dépendant des facteurs de croissance qui ressemble à celui de la levure. Par contre, contrairement à la phosphatase Sac1 de levure, tous les orthologues Sac1 mammifères présentent en C-terminal un motif canonique dilysine reconnu par COP-I (coat protein complex I) ainsi qu’un motif leucine-zipper permettant l’oligomérisation des protéines Sac1 sous certaines conditions162. Ces motifs spécifiques aux Sac1 de mammifères influencent la façon dont elles sont transportées dans les cellules. En condition normale de croissance, le motif dilysine permet à Sac1 d’être incluse dans des vésicules COP-I afin d’être transportée de l’appareil de Golgi au RE. Elle y garde les niveaux de PI(4)P bas et promeut la sécrétion de vésicules chargées de protéines nouvellement synthétisées162. Lorsque la quantité de facteurs de croissance reçus par la cellule diminue, Sac1 est oligomérisée via son motif leucine-zipper et est transportée à l’appareil de Golgi157. Les mécanismes de transport exacts sont encore mal compris, mais l’oligomérisation de Sac1 pourrait masquer le motif d’interaction avec COPI et favoriser le recrutement des oligomères dans des vésicules COPII pour le transport du RE au Golgi.163

29

1.4.2.2.

Rôles et pathologies associées à des défauts de Sac1

À l’opposé de ce qui est décrit chez la levure, la protéine Sac1 est essentielle chez les cellules mammifères. En effet, les souris chez qui le gène SAC1 a été inactivé meurent au stade embryonnaire pré-implantatoire164. Lorsque que le niveau d’expression de la protéine dans les cellules est diminué, un phénotype évident est une structure atypique de l’appareil de Golgi, mais qui, contrairement à chez la levure, n’est pas accompagné d’une localisation aberrante des enzymes associées aux membranes de cet organite164. De plus, des défauts du fuseau mitotique sont aussi remarqués164. Peu de maladies humaines ont été associées à des mutations dans la protéine Sac1. Toutefois, son niveau d’expression dans les cellules tumorales du sein a été identifié comme un marqueur de pronostic potentiel. En effet, l’étude réalisée par Ijuin et al. a montré qu’une diminution de l’expression de Sac1 dans ces cellules provoquait une augmentation de l’expression du récepteur transmembranaire CD44, important pour la progression de la tumeur et la formation de métastases en promouvant l’adhésion et la migration cellulaire165. Les autres protéines possédant un domaine d’homologie SAC ont été associées à certaines maladies chez les mammifères. Il a été montré dans des modèles murins que Sac2/INPP5F est impliquée dans la signalisation en situation d’hypertrophie cardiaque150

. Il reste toutefois à démontrer si la protéine a un rôle similaire chez l’humain. Des mutations dans la protéine Sac3/FIG4 ont été associées avec la maladie neuromusculaire dégénérative Charcot-Marie-Tooth127.

En résumé, les évidences amassées jusqu’à maintenant sur la protéine Sac1 et les autres protéines à domaine SAC démontrent d’importants rôles dans les fonctions cellulaires, autant chez la levure que chez les mammifères. Pour cette raison, il est possible de croire que la protéine du parasite PF3D7_1354200, homologue potentiel de Sac1 non caractérisé, pourrait elle aussi occuper un rôle critique dans le métabolisme de cet organisme et donc représenter une potentielle voie de développement de traitements.