Les ferritines animales

4.1.1 Structure et assemblage.

La structure primaire des sous-unités de ferritines a très tôt été déterminée chez les animaux (Costanzo et al., 1986). Les monomères de ferritines s’assemblent afin de former une sphère creuse d’environ 480 KDa mesurant approximativement 12 nm de diamètre (Fig. 13A, B et C). Les canaux des axes de symétrie des sous-unités d’ordre 3 et 4 sont respectivement hydrophiles et hydrophobes. Seule la première configuration permettrait le stockage du fer. Chez les mammifères, les ferritines contiennent deux types de sous-unités appelées H (Heavy) et L (Light) qui présentent différentes compositions selon leur localisation. Les sous-unités H portent l’activité peroxydase permettant l’oxydation du fer ferreux en fer ferrique. Cette étape est indispensable pour l’incorporation du fer dans le centre

Figure 14 : Régulation de l’homéostasie du fer chez les mammifères par le système IRE/IRP. En condition de carence en fer (à droite), IRP1 et IRP2 s’accrochent aux séquences cis-régulatrices

IREs présentes en 3’-UTR des transcrits de transferrine (TFR1) et en 5’-UTR des transcrits de

ferritines ou de ferroportines. Une hybridation d’IRP en 5’ de son messager cible va inhiber sa traduction alors que l’hybridation de plusieurs IRPs sur les IREs en 3’ du messager de transferrine va augmenter sa stabilité. Les conséquences vont être une entrée de fer dans la cellule et une inhibition de son stockage et de sa sortie. En condition de présence de fer, FBXL5 va interagir avec IRP2 (et IRP1) et recruter le complexe SKP1-CUL1, ce qui va induire l’ubiquitination et la dégradation d’ IRP2 (et IRP1) via le protéasome. Dans ces conditions, la présence de fer va aussi réguler directement IRP1 en permettant l’assemblage de son centre fer-soufre [4Fe-4S], lui conférant ainsi son activité d’aconitase.

23 minéral. Le centre ferroxydase est composé de six acides aminés qui lient deux atomes de fer (Glutamate 27, Tyrosine 34, Glutamate 62, Histidine 65, Glutamate 107 et Glutamine 141 ; Fig. 13D). Les sous-unités L sont quant à elles responsables de la nucléation du fer (Lawson

et al., 1991). Ainsi, les ferritines riches en sous-unités H auront la capacité de séquestrer

rapidement le fer tandis que les ferritines riches en sous-unités L permettront un stockage plus stable et plus long du fer. En effet, le foie et la rate qui stockent une quantité importante de fer ont des ferritines à dominance de L alors que le cœur et le cerveau contiennent une plus grande proportion de sous-unités H (Andrews et Kumar, 1992). Les ferritines animales s’assemblent dans le cytoplasme et représentent un important dispositif de stockage.

4.1.2 Les régulations.

Les ferritines sont fortement accumulées en réponse au fer ou à un stress abiotique et ce, au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel (Thiel, 2007). Des mécanismes transcriptionnels sont notamment impliqués dans l’expression des sous-unité H ou L selon leurs localisations tissulaires. Les hèmes sont des régulateurs positifs des gènes de ferritines en permettant leur induction par le facteur de transcription Nrf2 (NUCLEAR FACTOR ERYTHROID 2-RELATED FACTOR 2 ; Hintze et al., 2007). En réponse à des stimuli de type stress oxydatif, de nombreux acteurs ont été mis en évidence comme régulateurs transcriptionnels des ferritines (Finazzi et Arosio 2014). Malgré tout ce réseau de régulation, il existe une voie majeure de régulation post-transcriptionnelle qui permet une adaptation rapide aux fluctuations du fer et au stress oxydatif. Ce mécanisme représente un exemple élégant d’une fine coordination d’une régulation cytoplasmique sur l’accumulation des transcrits de différents gènes (Hentze et al., 1989). Ce mécanisme est basé sur l’action de deux protéines cytoplasmiques IRP1 et IRP2 (IRON RESPONSIVE PROTEIN) qui interagissent directement avec les séquences nucléotidiques IRE (IRON RESPONSIVE

ELEMENT ; Thiel et al., 2007) présentes en 5’-UTR des messagers de ferritines. Les IREs

forment une structure en épingle à cheveux (Pantopoulos et al., 2004). Le système IRE/IRP va être directement modulé par le statut en fer (Fig. 14) : quand le niveau de fer est bas, IRP1 et IRP2 vont s’accrocher aux transcrits de ferritines et ainsi bloquer leurs traductions : quand il y a du fer disponible, IRP2 va être dégradé par le protéasome (Guo et al., 1995), IRP1 quant à lui va s’associer à un cluster [4Fe-4S] et avoir une activité d’aconitase cytoplasmique (Rouault et Tong, 2005). La dégradation d’IRP2 par le protéasome en condition de présence en fer va impliquer la formation d’un complexe ubiquitine E3 ligase avec Skp1 et CUL1 ainsi que FBXL5 (dont BTS est l’orthologue) (Cf. §3.4.1). Cela déclenche l'assemblage d'un

24 complexe ubiquitine E3 ligase avec Skp1 et CUL1 (Fig. 14). Ce complexe entraîne l’ubiquitination d’IRP2, le conduisant à sa dégradation par le protéasome. Les IREs ne sont pas seulement présents sur les messagers de ferritines (Hentze et al., 2010). En effet, on retrouve ces structures en 5’-UTR des transcrits de ferroportine (un transporteur membranaire d’efflux de fer) où elles sont aussi impliquées dans l’inhibition de la traduction, comme pour les ferritines. Il existe des IREs également en 3’-UTR des transcrits de TfR1 (Transferrine Receptor 1) un transporteur membranaire d’influx de fer. Dans ce cas les IREs/IRPs vont stabiliser les messagers et ainsi augmenter la quantité de fer dans la cellule. C’est majoritairement IRP1 qui est impliqué dans la stabilisation alors qu’IRP2 est lui majoritairement impliqué dans l’inhibition de la transcription. En conclusion, les IRE/IRP modulent l’homéostasie du fer à la fois en régulant son transit dans la cellule, mais également son stockage (Fig. 14).

Chez Arabidopsis thaliana, les mutants d’aconitase ne présentent pas de dérégulations au niveau de l’expression des ferritines. De plus, aucune séquence IRE n’a été identifiée dans la région 5’-UTR des transcrits de ferritines. Cela suggère donc que la régulation impliquant le système IRE/IRP n’existe pas chez les végétaux (Arnaud et al., 2007).