Les rédoxines : thiorédoxine et glutarédoxine

Les rédoxines désignent des protéines à motifs catalytiques CXXC, dont les premiers

exemples ont été les Trx et les Grx. Ces enzymes ubiquitaires sont des oxydo-réductases qui

utilisent les électrons issus du NADPH (potentiel redox de -315 mV) et jouent un rôle clef

respectivement dans la réduction des ponts disulfure et des protéines glutathionylées

(Figure 9). Opérant de manière indépendante, ces deux systèmes redox majeurs contrôlent la

balance cellulaire redox des thiols et jouent également le rôle de terminateur des voies de

signalisation par H₂O₂ (Chapitre II.B, p.28).

a.Le système thiorédoxine/thiorédoxine réductase

Ce système implique la Trx, la TR et le NADPH, dans une réaction de transfert

électronique où les électrons du NADPH sont transférés à la Trx via la TR (Figure 9)

(145,146).

Figure 9. Comparaison des systèmes thiorédoxine/thiorédoxine réductase et

glutathion/glutarédoxine.

A. Le système Trx/TR, B. le système GSH/Grx monothiol.

A.

B.

NADP

+

NADPH/H

+

TR ox

TR réd

Trx ^S

-SH

Trx ^S

S

R-S-S-R

2 R-SH

NADP

+

NADPH/H

+

GR ox

GR réd

GSH

GS-SG _Grx ^S

-SH

Grx ^S-SG

SH R-SH

R-S-S-G

Le potentiel redox de la Trx est de l’ordre de -270 mV à pH 7 (147) ce qui lui permet

de réduire efficacemment les liaisons disulfures de protéines oxydées avec un large spectre de

spécificité. Les Trx réduisent les ponts disulfure par un processus catalytique à deux étapes.

La première étape consiste en l’attaque nucléophile de la Cys N-terminale d’un motif

caractéristique CGPC sur l’un des atomes de soufre du pont disulfure cible, conduisant à la

formation d’un pont disulfure mixte. Au cours de la deuxième étape, le pont disulfure mixte

est échangé en un pont disulfure intramoléculaire par attaque de la seconde Cys du motif

catalytique (148). Cette étape aboutit à la libération du substrat réduit et de la Trx oxydée sous

forme disulfure (Figure 9, p.25). Cette dernière est régénérée par la TR, une enzyme à FAD,

NADPH/H+

dépendante homodimérique adoptant une organisation tête bêche (149).

La structure des Trx est composée de cinq feuillets β centraux et de quatre hélices α

périphériques (Figure 10). Ce repliement caractéristique est retrouvé de façon remarquable

chez un grand nombre de protéine redox à thiol comme les Grx, les Gpx et les Prx (150).

Les Trx sont des disulfures oxydoréductases essentielles de par leur abondance et

leur large variété de substrat. Ce sont des enzymes qui jouent un rôle important dans la

réduction des peroxydes, bien qu’elles ne catalysent pas cette réaction directement

(la constante de vitesse de réaction des Trx avec H2O2 est de 1,05 M^-1.s^-1 (151)), elles sont

indispensables à la régénération des peroxydases à thiol. De plus, les Trx sont impliquées

dans la signalisation cellulaire dépendante de H₂O₂ puisqu’elles participent au contrôle de la

balance redox des thiols et modulent ainsi la fonction de multiples protéines de signalisation

redox (Chapitre II.B, p.28).

Pont disulfure

b.Le système glutathion/glutarédoxine

Ce système est composé de la Grx, du GSH (tripeptide γ

glutamyl-L-cystéinyl-glycine), de la glutathion réductase (GR) et du NADPH (Figure 9, p.25).

Les Grx sont des protéines d’environ 100 résidus, avec un repliement de type Trx.

Deux types de Grx ont été définis selon leur mécanisme catalytique et leur séquence.

L’activité des Grx monothiols est généralement restreinte à la réduction des ponts disulfure

mixtes entre une protéine et un GSH. Les Grx à mécanisme dithiol ont été associées à la

réduction des ponts disulfure intramoléculaires et des ponts disulfure mixtes bien que leurs

substrats soient encore peu étudiés in vivo (152). Ces enzymes sont dans la plupart des cas des

réducteurs des ponts disulfure moins efficaces que les Trx (153), en raison de leur potentiel

redox plus élevé que celui des Trx (Grx1 : -233 mV et Grx3 : -198 mV (154) contre -270 mV

pour la Trx1 d’E. coli (147)). La Grx utilise ensuite le pouvoir réducteur du NADPH via le

GSH et la GR (77,153). Ainsi, contrairement à la Trx, réduite directement par la TR, les Grx

sont réduites par le GSH, dont la forme oxydée est réduite par la GR (Figure 9, p.25).

Le système GSH/Grx, par son implication dans le métabolisme du Fer, joue

également un rôle essentiel dans la survie des cellules eucaryotes. L’équipe de M. Toledano a

démontré que des souches de levures invalidées en GSH1 et cultivées en absence de GSH ne

sont pas viables en conditions aérobie et anaérobie, contrairement à des cellules de E. coli

(155). Cette fonction essentielle exercée par le GSH qui n’est pas compensée par le système

Trx/TR (156,157) a été associée à l’assemblage des protéines à centre [Fe-S].

Tout comme le système Trx, le système GSH, indispensable au cycle catalytique des

SecGpx, participe à la régulation du niveau intracellulaire de peroxydes. De plus, le contrôle

de la balance redoxdes thiols par la Grx et la glutathionylation réversible de résidu Cys sont

des processus très importants de la signalisation redox. En effet, la glutathionylation des

protéines est une modification post-traductionnelle qui peut conduire à l’activation ou à

l’inhibition de protéines, comme par exemple l’activation de SERCA (Sarco-Endoplasmic

Reticulum Calcium ATPase) (158) ou l’inactivation de MAP3K1 (159). D’autre part, la

glutathionylation peut aussi être considérée comme une forme de protection prévenant la

suroxydation de la fonction thiol (160).

B. Des résidus Cys comme commutateurs redox-dépendant des

processus de signalisation

La modification de l’état redox de la fonction thiol de résidus Cys présents au sein de

protéines de signalisation, de facteurs de transcription ou de protéines de régulation, peut

aboutir à une modification de leurs fonctions et à une réponse cellulaire spécifique. Comment

l’altération de l’état redox des Cys peut-elle enclencher une réponse biologique au signal

peroxyde ? Quels sont les mécanismes moléculaires mis en jeu ? Sont-ils différents des

bactéries aux mammifères ? Afin d’apporter des éléments de réponse à ces questions,

plusieurs exemples de systèmes redox impliqués dans les voies de signalisation cellulaire,

actuellement bien caractérisés, sont détaillés dans ce chapitre.

1. Activation directe de facteur de transcription :

Dans le document Les peroxydases à thiol, relais dans la signalisation cellulaire redox associée au peroxyde d’hydrogène : mécanismes moléculaires responsables de la spécificité de l’activation du facteur de transcription Yap1 chez Saccharomyces cerevisiae (Page 59-62)