Hydrolyse des nucléotides par les ectonucléotidases

1.8.3.1.1 Les ecto-nucléosides triphosphates diphosphohydrolases : E- NTPDases

L'ecto-nucléoside triphosphate diphosphohydrolase (E-NTPDase) est la famille majoritaire des ectonucléotidases responsables de l'hydrolyse des nucléotides (277). La découverte de cette famille d’enzymes date de 1944 quand le Dr Kalckar a identifié pour la

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première fois une enzyme soluble extraite de Solanum Tuberosum (pomme de terre), nommée apyrase, qui est capable de dégrader les nucléotides tri- et diphosphates en leurs dérivés monophosphates avec la libération de phosphate inorganique (Pi) (278). Au cours des années, cette enzyme a été identifiée dans d’autres plantes ainsi que chez les bactéries, les insectes et les vertébrés (72, 269). Chez les mammifères, la nomination d’apyrase a été remplacée par le terme d’ecto-ATPase en 1957 (279) et depuis, cette enzyme a été définie par trois caractéristiques principales : 1) la présence des ions divalents (Ca2+, Mn2+, Mg2+, Zn2+) dans le milieu réactionnel de l’enzyme (280); 2) l’activité de l’ecto-ATPase n’est pas influencée par les inhibiteurs sélectifs des ATPases intracellulaires tel que l'oligomycine et 3) le pouvoir catalytique de l’ecto-ATPase est spécifique aux groupements phosphates liés au sucre à la position b- ou g- des nucléotides tri- et diphosphate et non pas des nucléotides monophasphates ni des nucléosides (269, 281, 282).

En 1999, une nouvelle nomenclature concernant les ecto-ATPase est apparue afin de distinguer les ecto-ATPases des plantes de celles provenant des mammifères. Il a été convenu de considérer que les ecto-ATPase des mammifères qui hydrolysent spécifiquement les nucléotides di- et triphosphates soient nommées des ecto-nucléoside triphosphate diphosphohydrolase (E-NTPDase, EC 3.6.1.5) (270, 283). Étant donné leur nature enzymatique, les NTPDases sont sujettes à des modifications post-traductionnelles, telle que la glycosylation, la phosphorylation, la palmitylation et l'acylation ce qui entraine la modification de leurs activités biochimiques (270).

D’un point de vue structural, une ecto-ATPase est une enzyme fortement N- glycosylée, constituée de deux extrémités N- et C-terminale intracellulaires, deux domaines transmembranaires hydrophobes qui lient l’enzyme à la membrane cellulaire et d’une boucle extracellulaire formant le site catalytique. Cette boucle est constituée de cinq régions conservées de l’apyrase nommées « Apyrase Conserved Regions » (ACR) (284, 285) (Figure

1-8). Ces régions sont responsables de l’hydrolyse des différents nucléotides selon des ratios

spécifiques à chaque enzyme (tableau 1.4). La famille des E-NTPDases est composée de 8 membres : E-NTPDase 1-8 (EC 3.6.1.5) identifiées selon l’ordre chronologique de l’identification du gène qui code pour l’enzyme active.

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Tableau 1-4. La famille des NTPDases

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1.8.3.1.2 Les ecto-nucléotides pyrophosphatases/phosphodiesterases : NPP

L'ecto-nucléotide pyrophosphatase / phosphodiesterases (NPP, EC 3.1.4.1) est une autre famille d'ectonucléotidases composée de sept membres (NPP1-7), mais seules les NPP1 et NPP3 ont la capacité d'hydrolyser les nucléotides di- et tri-phosphate pour libérer les nucléosides 5'-monophosphate et le pyrophosphate (PPi) à un pH optimal basique en présence des cations divalent (Ca2+, Mg2+) (293). Ces deux enzymes sont formées d’un seul domaine transmembranaire et d’une extrémité C-terminale extracellulaire (Figure 1-8). La NPP2, appelée aussi autotaxine, est considérée principalement comme une lysophospholipase D dont le rôle est d’hydrolyser les liens phosphodiesters génerant ainsi l’acide lysophosphatidique (LPA) et la sphingosine-1-phosphate (294, 295). Concernant les NPP4-7, leur activité biochimique n’est pas très connue jusqu’à présent (271).

1.8.3.1.3 Les phosphatases alcalines (ALP) et Les phosphatases acides (ACP)

Ces enzymes libèrent le phosphate inorganique (Pi) à partir d'une large gamme de substrats, y compris les phospho-monoesters, les acides gras phosphatés, le pyrophosphate ainsi que les nucléotides à pH basique (195, 272, 296, 297).

La famille des phosphatases alcalines (ALP) (EC 3.1.3.1) est composée de 4 isoenzymes codées par différents gènes : ALPL, ALPP, ALPP2 et ALP1. Les phosphatases alcalines sont capables d’hydrolyser l’ATP et l’ADP et de façon plus faible l'UTP (195, 266). Le produit généré de l’activité de l’ALPL est mieux connu sous le nom de phosphatase alcaline non spécifique (TNAP : « non-specific tissue alkaline phosphatase »). Les ALP possèdent un seul domaine transmembranaire et peuvent être clivées et libérées sous forme soluble dans le milieu extracellulaire (Figure 1-8).

Les phosphatases acides (ACP) (EC 3.1.3.2) sont des glycoprotéines dont on distingue les formes transmembranaires et les formes sécrétées. Cette famille d’enzyme est formée de cinq isoenzymes identifiées selon leur origine : LAP des lysosomes, MAP des macrophages, EAP des érythrocytes et des OcAP/TrAP des ostéoclastes (296).

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1.8.3.1.4 L’ecto-5’-nucléotidase (CD73)

La famille des enzymes 5'-nucléotidase comprend sept membres : six cytosoliques (cNI-III, cdN et mdN) et une ectoenzyme membranaire, l'ecto-5'-nucléotidase (CD73 : EC 3.1.3.5). Cette dernière est attachée à la membrane plasmatique par une ancre glycosyl phosphatidyl inositol mais qui peut aussi être clivée et libérée sous forme soluble dans le milieu extracellulaire (195, 298).

L'ecto-5'-nucléotidase génère de l'adénosine extracellulaire et du phosphate inorganique à partir du nucléoside monophosphate (AMP) produit par les NTPDases, les NPP et l'ALP (299, 300). Cette réaction se déroule à un pH physiologique neutre et nécessite la présence des ions divalents (282). Dans la majorité des tissus, l'ecto-5'-nucléotidase est l'étape limitante de la formation de l'adénosine à partir des nucléotides d'adénine libérés (301, 302). Cette enzyme a été localisée dans plusieurs tissus dont les poumons (303), les reins (304), le foie (299, 305) et les intestins (306).

1.8.3.1.5 L'ecto-adénosine désaminase (ecto-ADA)

L'ecto-adénosine désaminase (ADA : EC 3.5.4.4)) est une enzyme globulaire soluble. Bien que 90% de son expression soit intracellulaire (2 isoenzymes cytosoliques), l’ADA est également exprimée à la surface cellulaire (une forme membranaire) (266). L’adénosine désaminase est responsable du phénomène de désamination : elle convertit l'adénosine en inosine et la 2-déoxyadénosine en 2-déoxyinosine à un large spectre de pH (6-9) dans le milieu extracellulaire (195, 266, 273, 298). Son activité peut être modifiée en présence des ions divalents (307).

L’ADA est présente dans tous les tissus de mammifères à savoir les plaquettes (308), les cellules immunitaires (273), au niveau des intestins (309) ainsi qu’au niveau des canalicules biliaires du foie (310).

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Figure 1-9. Métabolisme des nucléotides extracellulaires. Modifiée à partir de Stefan C et

al. 2006 (271).