1.2 Calnexine
1.2.1 Structure
La calnexine est une protéine membranaire de type I du réticulum endoplasmique qui a d’abord été identifiée pour son habileté à lier le calcium [43]. Conservée chez les animaux, les plantes et les champignons, la calnexine a été par la suite surtout étudiée pour sa fonction chaperone [44, 45]. La plus grande partie de cette protéine de 90 kDa réside dans le lumen du réticulum endoplasmique. Elle est ancrée dans la membrane par un unique domaine transmembranaire suivi d’une queue cytosolique dont la longueur varie selon l’organisme (Figure 3A) [45, 46].
Figure 3. Structure de la calnexine. A) Schéma représentant la structure primaire de la
calnexine. Le peptide signal est représenté en noir (PS), et le domaine transmembranaire en bleu (TM). Le domaine central, hautement conservé entre les calnexines des différentes espèces, est représenté en brun; les chiffres 1 et 2 représentent les motifs riches en prolines (motif 1 : I-DPD/EA-KPEDWDD/E, motif 2 : G-W—P-I-NP-Y). La portion verte représente les 52 acides aminés luminaux suffisants pour conférer la survie de S. pombe, et la queue cytosolique de la calnexine est en rouge. B) Représentation de la structure tridimensionnelle de la partie luminale de la calnexine de chien, telle qu’obtenue suite à des études de cristallographie © Schrag et al., 2001
La structure de presque toute la portion luminale (résidus 61-458) de la calnexine de chien a été déterminée par des techniques cristallographiques. Nous pouvons y distinguer deux régions très différentes, tel que représenté dans la Figure 3B. D’abord, il y a un domaine compact globulaire formé par la superposition de deux feuillets β antiparallèles, composé des résidus des extrémités N- et C-terminales (résidus 61 à 262 et 415-458). Les 145 résidus du centre forment quant à eux un long bras qui s’étend sur 140Å [44]. Les résidus en N-terminal (résidues 1-61) et en C-terminal (résidus 458-482) sont manquants à la structure car la protéine recombinante a été clivée à ces endroits par les bactéries lors de son expression hétérologue [44, 47].
Le domaine globulaire de la calnexine comporte un site lectine liant le glucose et reconnaissant aussi les 3 mannoses le suivant sur l’oligosaccharide Glc1Man9GlcNAc2 [44,
48, 49]. La structure cristallographique de ce domaine a d’ailleurs révélé qu’il était très semblable à celui des lectines des légumineuses [44]. De plus, la même étude a identifié un site de liaison au Ca2+ dans le domaine globulaire. Ceci contredit cependant une étude précédente qui place le principal site de liaison au calcium de la calnexine dans les résidus formant le bras [50].
Le bras de la calnexine est formé par deux brins bêta repliés un sur l’autre dans une configuration dite épingle à cheveux. Chacun de ces brins est composé d’une séquence riche en proline répétée 4 fois, donnant le nom domaine-P à la structure qu’ils forment [44, 45]. Ces motifs sont disposés dans la séquence primaire selon l’arrangement 1111 2222 (motif 1 : I-DPD/EA-KPEDWDD/E, motif 2 : G-W—P-I-NP-Y), les motifs 1 s’éloignant du domaine globulaire dans le premier brin, et les motifs 2 du deuxième brin se repliant sur les motifs 1 en direction opposée. En plus de contenir un fort site de liaison au calcium [50], ce bras est responsable de la liaison avec la protéine disulfide-isomérase ERP57 chez les cellules de mammifères [49, 51]. Selon des études de mutant de délétions, le domaine-P
contiendrait aussi un site de liaison aux oligosaccharides, mais de moindre importance que celui du domaine globulaire [48, 49]. De façon un peu surprenante, malgré que sa séquence soit très conservée à travers les organismes, le(s) rôle(s) du domaine-P ne sont pas très bien définis à travers la littérature. On lui prête le plus souvent un rôle dans des interactions protéines-protéines [44, 52]
La structure de la calnexine est influencée par différentes molécules et conditions du RE, qui peuvent ainsi jouer un rôle dans la modulation de sa fonction. Selon certaines études, la calnexine fluctuerait entre une conformation monomérique favorisant la liaison des oligosaccharides sur son domaine lectine, et une conformation dimérique/multimérique plus sensible aux protéases et favorisant plutôt les liaisons polypeptides-polypeptides propres aux protéines chaperones [48, 53-55]. D’abord, la liaison du calcium à la calnexine a été montrée comme cruciale au bon fonctionnement de son site lectine, et au repliement général du domaine luminal [53]. En contrepartie, la déplétion du calcium par l’EGTA inhibe la liaison aux oligosaccharides in vitro et rend la protéine plus sensible aux protéases, suggérant donc un changement de conformation [48, 53]. De plus, le calcium favorise la forme monomérique de la calnexine, alors que la déplétion de calcium induit la formation de dimère/multimères [53, 56]. Malgré que cela soit moins clairement établi, il apparaît aussi que l’ATP influence la conformation et les propriétés de liaison de la calnexine. D’abord, certaines études ont montré que la calnexine pouvait lier l’ATP, mais le site exact impliqué dans cette liaison reste inconnu [53, 54]. Cette liaison de l’ATP favoriserait la conformation dimérique/multimérique. Elle provoquerait également un dépliement partiel qui favoriserait la liaison aux polypeptides via des régions hydrophobes, et ce au détriment de la fonction lectine [53, 54]. Finalement, notons que la tunicamycine, un inhibiteur de la N-glycosylation, et la chaleur induisent aussi toutes deux la conformation dimérique/multimérique de la calnexine [56].
La calnexine possède deux paralogues. La calmégine est une protéine du RE aussi de type I qui est exprimée principalement dans les spermatides des testicules, et qui est impliquée dans la fertilité [57]. La calréticuline, beaucoup plus étudiée, est une protéine soluble qui possède environ 39% d’identité de séquence avec la calnexine. Cette forte similarité, une liaison de type lectine identique et la détermination par RMN de la structure du domaine-P de la calréticuline suggèrent que la calnexine et la calréticuline possèdent une structure très semblable [45, 58]. Cependant, la calréticuline ne comporte que trois copies de chaque motif riche en proline au lieu de quatre, comme chez la calnexine, ce qui lui donne un bras plus court. De plus, sa région C-terminale très acide lui confère un site supplémentaire de forte liaison au calcium. La calréticuline joue donc aussi un rôle important dans la maintenance de l’homéostasie du calcium dans le RE [45, 59].