L’activité du complexe protéolytique 20 S dans les cellules eucaryotes est régulée par son association au complexe 19S pour former le complexe macromoléculaire de 2,7 MDa. ou 26 S (Peters et al.,1994 ; DeMartino et al.,1994 , Armon et al.,1990 ; Hoffman et al.,1994). Le complexe 19 S contient six sous-unités ATPasiques nommées rpt (Regulatory Particle Triple A protein) qui sont en contact direct avec le protéasome 20 S tels qu’ils ont montré les images par microscopie électronique (Glickman et al., 1998 ; Gray et al., 1994 ; Walz et al., 1998).
Plusieurs rôles ont été attribués à ces sous-unités ATPasiques notamment via leur capacité à utiliser l’énergie de l’ATP pour induire des changements conformationnels. Il a été proposé que ces ATPases puissent utiliser le même mode d’action des autres AAA+ notamment en ce qui concerne leur oligomérisation en un complexe hexamérique (Glickman et al., 1998), la liaison au protéasome 20 S (Peters et al.,1994 ; DeMartino et al.,1994 , Armon et al.,1990 ; Hoffman et al.,1997), la reconnaissance et la liaison des substrats (Pickart, 1997 ; Beal et al., 1998, Fu et al., 1999 ; Young et al.,1998 ) et leur dépliement des substrats (Braun et al., 1999 ; Strickland et al., 2000). Les rpt peuvent assister dans la translocation de substrats protéiques dépliés dans la chambre centrale catalytique du protéasome (Larsen et al., 1997). Les ATPases peuvent utiliser l’énergie de l’ATP pour induire un changement conformationnel
au niveau de l’ouverture de la chambre protéolytique qui est complètement fermée chez la levure (Groll et al.,1997) et y contrôler l’accès.
Les sous-unités ATPasiques sont distribuées dans toutes les cellules eucaryotes : levure, mammifères, plantes (Glickman et al., 1998 ; Fu et al., 1999). Les sous-unités ATPasiques présentent toutes des homologies entre elles, et elles sont plus proches de leurs homologues d’une autre espèce qu’au sein d’une même espèce. Il est possible de les classer en 6 groupes : rpt 1 à 6 (Finley et al., 1998).
Figure 8 : Alignement structural des différentes sous-unités ATPasiques du protéasome 26S.
Les protéines rpt sont composées d’un domaine ATPasique qui contient les deux motifs Walker A et Walker B. Ils contiennent aussi dans leur région N-terminale une région variable qui peut contenir des motifs coiled-coil : boite hachurée (Extrait de Glickman et al., 1998).
Les différentes rpt se ressemblent essentiellement au niveau de leur domaine central ATPasique formés par le motif Walker A et le Walker B. Elles présentent une divergence au niveau de leur région N-terminale (Figure 8). Il existe cependant un domaine coiled-coil chez toutes les rpt à l’exception de la rpt2 qui présente un « stretch inhabituel » de lysine auquel on a attribué un signal d’adressage au noyau (Glickman et al., 1998). La région N-terminale est importante pour la liaison des sous-unités entre elles et avec les substrats (Gorbea et al., 2000 ; Richmond et al, 1997).
IV.1
Rôle et Fonction
Les rpt constituent des gènes essentiels comme l’a montré la délétion des gènes chez la levure (Gordon et al.,1993 ; Russell et al.,1996 ; Swaffield et al., 1992 ; Ghislain et al.,1993 ; Schnall et al.,1994). Les mutants sont létaux et ne sont pas restaurés par la surexpression par
redondantes dans la cellule (Rubin et al., 1998 ; Russell et al., 2001) car des mutations au niveau du domaine ATPasique chez les différentes sous-unités ATPasiques entraîne des phénotypes différents . Il existe cependant une coopérativité dans les sous-unités ATPasiques du 19 S pour la dégradation des substrats, car la dégradation d’un substrat spécifique peut être inhibée par des mutations au niveau des différentes 19 S ATPases (Rubin et al., 1998).
L’activité peptidasique du protéasome 20 S est stimulée lorsqu’il s’associe à son complexe régulateur indiquant que même les peptides qui n’ont pas besoin d’être dépliés sont aussii régulés par le complexe 19 S et une seule mutation provoque une inhibition de l’activité peptidasique (Rubin et al., 1998). La mutation au niveau du domaine ATPasique de rpt2 a montré une inhibition dramatique dans l’activité peptidasique du protéasome, ce qui suggère que cette sous-unité se situe sur la porte d’entrée de la cavité centrale protéolytique (Kohler et
al., 2001).
IV.2
Interaction des sous-unités entre elles et avec d’autres
protéines
IV.2.1
Interaction des sous-unités entre elles
Des études biochimiques et génétiques détaillées dans différents organismes ont montré des interactions spécifiques entre les différentes ATPases. Ces différentes études suggèrent que ces sous-unités ATPasiques s’associent probablement en un complexe hexamérique typique des membres de la famille des AAA-Atpases (Glickman et al., 1998). Les études biochimiques et génétiques ont indiqué que l’interaction protéine-protéine entre les différentes ATPases se passe via la région N-terminale qui porte des domaines coiled-coils. L’interaction se fait par paire : la rpt2 lie la rpt1, et la rpt3 lie la rpt6 et la rpt 5 lie la Rpt4. (Richmond et al., 1997 ; Gorbea et al.,2000)
Il n’existe pas pour l’instant de preuve directe par quelle sous-unité ou domaine se fait la liaison avec le protéasome. Une étude génétique montre une interaction entre l’une des sous ATPasiques la rpt6 et l’une des sous-unité alpha du protéasome alpha 1 (Gerlinger et al., 1997). Une autre étude chez la drosophile montre que les ATPases sont susceptibles à la dégradation protéolytique lorsqu’elles sont sous forme de 19S non associé, mais elles sont protégées de la dégradation lorsqu’elles sont associées au complexe 20 S (Haracska et
al.,1996).
IV.2.2
Interaction avec d’autres protéines
D’une facon générale chez la levure, il existe un grand nombre de protéines qui sont faiblement associés avec le complexe 19S dans la cellule (Verma et al., 2000). La recherche de protéines susceptibles d’interagir avec les sous-unités ATPasiques du protéasome a été effectuée par plusieurs types d’études génétiques, le système double hybride et le « pull- down » assays. Les rptases sont capables d’interagir avec un grand nombre de protéines cellulaires, ce sont essentiellement des activateurs transcriptionnels, des protéines virales, et des récepteurs hormonaux (revue Kerrel et al., 2000, Verma et al., 2000).
La liaison des sous-unités ATPasiques à la transcription n’est pas encore bien comprise, il a été proposé que les sous-unités ATPasiques du complexe 19 S puissent former un complexe indépendant au niveau de la protéolyse (nommé APIS pour AAA Proteins Independent of 20
S) (Ottosen et al., 2002). Ce complexe est recruté au niveau de promoteurs de gènes activés, et participe à la régulation de la transcription dont le mécanisme reste encore à définir (Ferdous et al., 2002). Le complexe semble jouer un rôle indépendant de la protéolyse dans le nucléotide excision repair L’inactivation sélective des sous-unités ATPasiques de la base du 19 S et non l’inhibition du protéasome entraîne une sensibilité aux irradiations par les rayons UltraViolets et affecte la réparation de l’ADN par le nucleotide excision repair (Russell et al., 2001).