Phosphorylation/sumoylation 75 

La spectrométrie de masse est devenue un outil indispensable pour étudier les MPTs (208). Grâce à cet outil on a pu trouver des protéines à la fois 75olubilised75 et sumoylées telles que la protéine–sérine kinase HIPK2 qui est modifiée par SUMO-1 (221). Ceci suggère, de plus que la fonction des protéines kinases peut aussi être modulée par sumoylation. Plusieurs autres exemples de protéines à la fois 75olubilised75 et sumoylées ont été documentées, ceci amenant à l’identification d’un PDSM.

2.1.2.1. La phosphorylation préliminaire et nécessaire à la sumoylation. Développement de la notion de « phospho-sumoyl 76olubi » avec un motif consensus cible d’une sumoylation phospho- dépendante, (PDSM) :

Plus récemment, une véritable relation phosphorylation/sumoylation a été renforcée et généralisée par l’observation d’un motif de sumoylation phospho-dépendant, PDSM, ψKxExxSP (174). Il s’agit en fait de la séquence consensus cible de sumoylation suivie de deux acides aminés quelconques et en troisième position (cette place est importante (175)) d’une sérine ciblée par la phosphorylation, puis une proline. 48 protéines possèdent ce motif (175).

Tout d’abord observé sur HSF1, une protéine impliquée dans la réponse au choc thermique (174), il a été démontré que GATA-1 (175), MEF2A (175, 373), MEF2D (136), HSF4b (175), PPARγ2 (461), ERR (communication personnelle du Dr. V. Giguère) sont également sumoylées de façon phosphodépendante, ceci généralisant la notion de sumoylation phosphodépendante à travers le motif ψKxExxSP. Cette sumoylation, dans tous ces cas, entraîne une répression transcriptionnelle. HSF4b, ERR et SNIP-1 sont des protéines sumoylées identifiées grâce au PDSM. Bien que la phosphodépendance de leur sumoylation n’ait pas été encore démontrée (175), il apparaît clairement que le PDSM peut servir également comme un nouvel outil utile à la prédiction des protéines cibles de sumoylation.

Toutefois, plus récemment, une revue propose que la proline n’est ici que pour contrôler la spécificité de la phosphorylation et que beaucoup de protéines sumoylées, peuvent l’être de façon phosphodépendante avec une séquence consensus ψKxExxS ou même ψKxExxS/T (136). Une telle séquence existe dans des milliers de protéines mais en ajoutant des critères de sélection tels que i) une conservation à travers l’évolution entre les

paralogues et ii) une conservation du motif en comparaison à sa séquence environnante, alors seulement 80 protéines sont identifiées comme porteuses de ce motif de sumoylation phosphodépendant (467). L’auteur introduit la notion de « phospho-sumoyl 77olubi » définie par la phosphorylation de la S/T du PSDM qui induit positivement la sumoylation de la lysine adjacente. Parmi ces 80 protéines, on retrouve des facteurs de transcription mais également des protéines kinases telles que HIPK2, HIPK3, MAPKK2, MAK. Comme la sumoylation de HIPK2 est déjà documentée (139, 181), les auteurs suggèrent que ce « phospho-sumoyl 77olubi » puisse moduler sa fonction de kinase renforçant encore le lien entre ces deux MPTs.

2.1.2.2. La phosphorylation régulant la sumoylation à distance et de façon négative

Une phosphorylation régulant la sumoylation de façon négative et située plus à distance du site de sumoylation a été également observée sur certaines protéines. MEF2D en est un exemple (137). Alors que la phosphorylation de la sérine 444 de son PSDM régule positivement la sumoylation de la lysine 439 de ce même motif, on observe une régulation négative de cette sumoylation par la phosphorylation de la distante sérine 179. D’autres régulations négatives de la sumoylation par la phosphorylation indépendamment du PSDM ont été documentées pour c-Fos (52), c-Jun (281), p53 (249, 281) et ELK1 (463, 464).

2.1.2.3. La sumoylation comme rétrocontrôle de la phosphorylation :

De façon réciproque, une fois que la phosphorylation a induit une sumoylation, on peut observer un rétrocontrôle de la sumoylation sur la phosphorylation. Certains exemples documentés révèlent en effet un contrôle de la phosphorylation par la sumoylation (467). Ceci est le cas pour STAT1. La sérine en position 708 est supposée entraîner la sumoylation de la lysine en position 703 (417) de son PSDM. Toutefois, cette sumoylation

empêche alors l’interaction avec le domaine de reconnaissance SH2 de la tyrosine 78olubilised 701. Ceci permet de réguler le temps de signalisation de cette phosphorylation (466). De plus, la sumoylation provoque la sortie du noyau vers le cytoplasme de STAT1 activé. Même une fois STAT1 désumoylé, il ne pourra rentrer à nouveau dans le noyau sans un signal d’activation (417, 467).

Un exemple similaire est observé avec PPARγ où un « phospho-sumoyl 78olubi » (467) entre la sérine 112 et la lysine 107 de son PSDM (461) inhibe ensuite l’interaction avec un domaine WW reconnaissant la séquence PPXY en aval de la sérine 112.

La perte des interactions avec des protéines contenant des domaines reconnaissants la phosphorylation (WW, SH2) induite par la sumoylation permettrait peut-être ensuite de recruter des protéines comportant le domaine de reconnaissance de SUMO (SIM) et donc de recruter ainsi de nouvelles activités. En ce sens, bien que n’agissant pas sur un même résidu la phosphorylation et la sumoylation seraient en compétition pour le recrutement de certaines protéines et donc certaines activités (les HDACs qui comportent un SIM et peuvent être recrutées par sumoylation (128) ne sont qu’un exemple. Cet aspect sera plus développé dans la discussion.)

2.1.2.4. Un motif de liaison à SUMO (SIM) régulé par la phosphorylation

Enfin, une autre relation phosphorylation / sumoylation a été établie par une phosphorylation régulatrice du motif SIM de la protéine PIASxα (162). En effet, la SUMO E3 ligase PIASxα est 78olubilised in vivo dans son motif SIM, KVDVIDLTIESSSDEEEDP. Ce motif, est définit par la description du SIM universel comme possédant un noyau d’a.a. hydrophobes (en bleu) comportant 3 ou 4 a.a. hydrophobes tels que Ile, Leu ou Val, avec un a.a. acide en position 2 ou 3. Les séquences entourant ce noyau sont désordonnées mais sont caractérisées par une charge négative puisqu’elles sont composées d’a.a. acides (en rouge). Ces séquences de charge négative peuvent se retrouver en amont ou en aval du noyau d’a.a. hydrophobes et en être séparées

par quelques a.a. contenant une thréonine conservée. La plupart des SIM contiennent aussi de potentiels sites de phosphorylation (en vert) (162). La première des trois sérines dans le motif de PIASxα représenté ci-dessus est 79olubilised in vivo. Cette phosphorylation induit un changement conformationnel qui favorise une meilleure interaction du SIM avec SUMO-1 mais ne modifie pas l’interaction avec SUMO-2. En effet, par des études structurales en RMN, les auteurs démontrent que la phosphorylation induit une conformation rendant plus favorable et spécifique l’interaction avec SUMO-1 (Lys 39) alors que celle avec SUMO-2 n’y est pas sensible, la lysine correspondante dans SUMO-2 ne participant pas de la même façon à la liaison au SIM (162). Le rôle physiologique de la phosphorylation de sérines du SIM de PIASxα dans son interaction non covalente avec SUMO-1 est renforcé par l’observation d’une perte d’interaction (de 100% à moins de 1%) de mutant sérine/alanine du SIM avec SUMO-1 dans la levure (273). Il est donc suggéré une interaction du SIM de PIASxα préférentielle pour SUMO-1 dans le cas où la sérine est 79olubilised.