La translocation co-traductionnelle d’une protéine secrétée

Les principales caractéristiques du passage transmembranaire d’une protéine secrétée au niveau de la membrane du RE, aussi appelé translocation co- traductionnelle, sont représentées dans la Figure 19.

Les pré-protéines sont synthétisées par les ribosomes. Dès que le peptide signal émerge de la grande sous-unité du ribosome (le polypeptide fait au moins 40 résidus), la particule de reconnaissance du signal (SRP pour « Signal Recognition Particule ») se lie à la fois au peptide signal et au ribosome. La SRP est un complexe de 325KD composé de six protéines différentes associées à une molécule d’ARN 7S. Une fois la liaison effectuée, le changement de conformation de la SRP empêche le ribosome de poursuivre la synthèse du polypeptide, évitant que la protéine qui doit passer dans le RE ne soit libérée dans le cytosol. Ce blocage est appelé arrêt de l’élongation.

La synthèse de la pré-protéine redémarre une fois que le complexe SRP- peptide signal-ribosome se lie au récepteur de la SRP situé dans la membrane du RE. Ce récepteur est une protéine de membrane intrinsèque composée de sous unités α et

β. Les sous-unités α se lient au GDP (guanosine diphosphate). Lorsque le complexe interagit avec le récepteur, l’échange GDP-GTP (guanosine triphosphate) est activé. Cette nouvelle forme du récepteur possède alors une forte affinité pour la SRP ce qui permet de libérer le peptide signal qui se lie au translocon situé dans la membrane du RE. Le caractère unidirectionnel de ce cycle permet de le faire avancer en

favorisant l’interaction du ribosome et du peptide signal à la membrane du RE.

Le translocon est un canal aqueux dans lequel la protéine hydrophile va passer. Il est constitué d’un complexe multi-protéique dont la protéine la plus importante est la protéine Sec61p composée de 10 domaines trans-membranaire qui délimitent un pore de 20 Angstrom de diamètre.

La liaison de la SRP à son récepteur place le ribosome en cours de traduction au niveau de l’extrémité cytoplasmique du canal de translocation : le canal s’ouvre, la protéine native est alors traduite directement à travers le canal, sans jamais être exposée au cytosol. La protéine en cours d’élongation forme une boucle à l’intérieur du canal. Le peptide signal est reconnu par les protéines du translocon. L’extrémité N-terminale de la protéine reste dans le cytosol alors que l’extrémité C-terminale se trouve dans la lumière du RE. D’autres ribosomes, les uns après les autres, commencent la traduction du même ARN messager et s’attachent de la même manière à la membrane du RE.

Une fois la traduction achevée, le ribosome est libéré de la membrane du RE et le peptide signal est clivé de la protéine (Figure 19).

Certaines protéines comportent un peptide signal au cœur même de leur séquence, aussi appelé « stop transfert ». Au cours de la translocation, le mouvement s’arrête quand un des segments hydrophobes est reconnu par le translocon et la protéine est alors déplacée latéralement du canal vers la membrane. Ce phénomène se produit autant de fois qu’il y a de domaines transmembranaires dans la protéine.

2.2. Variabilité dans l’efficacité d’interaction entre le peptide signal et le translocon

Comme nous l’avons vu, la structure en 3 domaines des peptides signaux est relativement bien conservée d’une protéine à une autre. Cependant, la variabilité dans la séquence suggère qu’il pourrait y avoir une variation dans l’efficacité d’interaction entre les peptides signaux et le translocon. Plusieurs études vont dans ce sens.

Par exemple, la contribution de facteurs supplémentaires peut être nécessaire à la reconnaissance de peptides signaux par le translocon. En effet, dans des systèmes mammaliens, plusieurs peptides signaux ne peuvent cibler correctement le translocon sans les protéines TRAM et/ou TRAP (Fons et al., 2003).

D’autre part, d’autres études in vitro ont montré qu’une différence d’efficacité d’interaction de peptides signaux avec le translocon, bloque la translocation d’une partie des protéines d’une même famille. Cela concernerait 5 à 20% des protéines secrétées, dont une partie resterait dans le cytosol. Cependant, cette population cytosolique serait mineure et aurait le plus souvent une durée de vie relativement courte (Besemer et al., 2005; Garrison et al., 2005). La calréticuline, une protéine abondante du RE, est l’une de ces protéines dont le peptide signal est connu pour

donner à la fois des protéines transloquées et des protéines non transloquées. Plusieurs études ont impliqué la calréticuline dans des activités cytosoliques et nucléaires, bien que le mécanisme par lequel une telle protéine accède à ces compartiments ne soit pas clarifié. Récemment, la bi-localisation de la calréticuline a été expliquée par le fait que son peptide signal est relativement inefficace (~5%) à la fois in vivo et in vitro (Shaffer et al., 2005). La préprotéine core du virus de l’hépatite B représente un autre exemple pour lequel l’inefficacité du peptide signal a une pertinence physiologique. Bien que cette protéine possède effectivement un peptide signal, sa translocation est en partie avortée à l’étape qui suit le ciblage du translocon (Garcia et al., 1988).

L’inefficacité du peptide signal peut aussi avoir des conséquences pathologiques. La protéine prion (PrP), qui est une glycoprotéine connue pour altérer le métabolisme, en est un exemple (Kim and Hegde, 2002). Au cours de l’adressage de la PrP au RE, une petite proportion de cette protéine (~5-15%) n’est pas transloquée complètement produisant ainsi des formes cytosoliques et transmembranaires. Quand cette protéine est sur-représentée, les localisations ectopiques de la protéine peuvent être pathogéniques (Hegde et al., 1998; Ma et al., 2002).