Chapitre II. Les thioltransférases à domaine rhodanèse
IV. Rôles physiologiques des thioltransférases
3) Rôles proposés pour les 3-MST
Un rôle de la 3-MST a été clairement montré dans la production d’H2S principalement au niveau du cerveau, des reins et du foie. Comme énoncé dans le paragraphe II-2) du chapitre I de l’introduction, la 3-MST est la seule enzyme permettant la production d’H2S au niveau de la mitochondrie. Cette production d’H2S est permise par l’utilisation du 3-MP comme donneur de soufre et l’action d’un réducteur cellulaire tel que la Trx permet ensuite la formation d’H2S. Des études réalisées sur des cellules hépatomes de souris et des mitochondries isolées de foie ont permis de montrer que l’H2S produit par la 3-MST en présence d’un excès de 3-MP entraîne la stimulation de la bioénergétique mitochondriale (Módis et al., 2013a). En plus de ce rôle propre à la 3-MST, d’autres rôles liés à la synthèse d’H2S peuvent être attribués à cette enzyme à l’instar des rôles développés dans le paragraphe III du chapitre I de l’introduction.
D’autre part, la 3-MST interviendrait dans la thiolation des ARNt et la biosynthèse des protéines à molybdène en tant que donneur de soufre. La thiolation de l’uridine en position 2 est connue pour assurer l’étiquetage correct du code génétique et la stabilisation de l’ARN tandis que le molybdène est indispensable à l’activité de nombreuses enzymes. Des expériences de résonance plasmonique de surface sur les protéines humaines couplées à des tests de complémentation avec la protéine split (split-EGFP) réalisées sur les cellules humaines HEK295 et les cellules HeLa ont permis de montrer que : (1) l’isoforme 1 de la 3-MST présente dans le cytosol est capable d’interagir avec les protéines NFS1 et MOCS ; (2) l’isoforme 2 présente dans les deux compartiments interagit avec MOCS3 au niveau cytoplasmique et NFS1 au niveau mitochondrial, avec une affinité relativement forte (constantes de dissociation KD
mesurées de l’ordre du micromolaire).
Par conséquent, ces résultats suggèrent des rôles différents de la 3-MST en fonction de sa localisation subcellulaire. Au niveau mitochondrial, l’interaction entre la 3-MST et la cystéine désulfurase NFS1 permettrait la thiolation des ARNt mitochondriaux. Alors qu’au niveau cytosolique, l’interaction entre la 3-MST et MOCS3 permettrait la biosynthèse des protéines à molybdène (Figure 27) (Fräsdorf et al., 2014).
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Figure 27. Mécanisme de compartimentation subcellulaire de la 3-MST humaine et les deux rôles proposés en fonction de la localisation de l’enzyme (Adapté de Fräsdorf et al., 2014).
L’épissage alternatif du gène codant la 3-MST conduit après la traduction à deux isoformes de l’enzyme. L’isoforme 1 contient une séquence peptidique de 20 résidus qui masque la séquence d’adressage à la mitochondrie (MTS) par conséquent cette isoforme 1 est présente uniquement au niveau cytosolique. Par contre, l’isoforme 2 ne contient pas cette séquence de masquage, la séquence d’adressage est par conséquent exposée ce qui permet son import mitochondrial.
Cette double localisation subcellulaire ainsi que la différence de spécificité d’interaction entre les deux isoformes et les protéines MOCS3 et NFS1 conduit à l’existence de deux rôles physiologiques potentiels distincts. L’isoforme
2 mitochondriale de la 3-MST interagit avec NFS1 (triangle jaune) permettant a priori la thiolation des ARNt
mitochondriaux. Alors que l’isoforme 1 présente au niveau cytosolique interagit avec MOCS3 (rond violet) ce qui permettrait la biosynthèse des protéines à cofacteurs à molybdène.
La 3-MST est par ailleurs impliquée, avec la CAT, dans le catabolisme de la cystéine. La dégradation de la cystéine permettrait d’éviter son accumulation, qui pourrait avoir comme conséquence la réduction du fer ferrique (Fe3+) en fer ferreux (Fe2+) et donc la formation de radicaux libres toxiques via la réaction de Fenton (Park et Imlay, 2003). Or les radicaux libres toxiques tel que le radical hydroxyle attaquent le ribose ou la base azotée des acides nucléiques conduisant à la fragmentation des riboses, à la scission des brins ou à la formation d’adduits de bases azotés (Figure 28) (Stipanuk et al., 2006).
S S S S Biosynthèse des protéines à molybdène Cytosol S S S Trx H2S Mitochondrie Thiolation des ARNt M A E P G S R E S E T R A R S P S V A A M A S P Q L C R A L V S A Q W V A E A L R A P R A G Q P L Q L L D A S W Y L P K . . . . M A S P Q L C R A L V S A Q W V A E A L R A P R A G Q P L Q L L D A S W Y L P K Isoforme 1 Isoforme 2 Domaine 2 Domaine 1 MTS 1 20 45 165 317 Cys 268 Isoforme 1 Domaine 2 Domaine 1 MTS 25 145 297 Cys 248 Isoforme 2
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Figure 28. Mécanisme simplifié conduisant à la réaction de Fenton par accumulation de la cystéine dans la cellule.
La cystine dans le cytoplasme est rapidement réduite en cystéine, celle-ci étant toxique à forte concentration. Plusieurs systèmes utilisent la cystéine empêchant son accumulation, c’est le cas du système CAT / 3-MST qui la
transforme en pyruvate et H2S. Par contre une accumulation de la cystéine conduit à la réduction du Fe3+ en Fe2+
qui en présence d’H2O2 sera oxydée en Fe3+ pourproduire du radical hydroxyle (HO·). Cette espèce est à l’origine
de dégâts importants au niveau de la double hélice d’ADN.
La 3-MST jouerait ainsi des rôles variés dans la cellule et l’absence de cette enzyme est à l’origine d’une anomalie biochimique héréditaire autosomique récessive rare, appelée 3-mercaptolactate cystéine disulfurie (MCDU). Cette pathologie a été caractérisée pour la première fois en 1968 lors d’un programme de dépistage de l’homocystinurie dans une population mentalement retardée du Massachusetts. La MCDU résulte probablement d’une surproduction de 3-mercaptolactate, qui en présence de cystéine, est converti en un produit disulfure mixte. Deux voies sont en compétition pour l’utilisation du MP : (1) le 3-mercaptopyruvate peut être réduit en 3-mercaptolactate par l’action de la lactate déshydrogénase, (2) la 3-MST peut catalyser la transformation du 3-MP majoritairement en thiocyanate ou thiosulfate de manière directe ou indirecte. Une déficience en activité 3-MST