Adapté de Jefferson, Nat Rev Mol Cell Biol, 2004
Z Y X W V NN Z Y X W V
Les séquences répétées plakine (plakin repeats) sont des séquences spécifiques des plakines, situées en C-terminal des plakines épithéliales et également présentes dans certaines spectraplakines. Ce sont des séquences de 28 aa, organisées en tandem, responsables de la liaison avec les filaments intermédiaires. Les domaines globulaires PRD (plakin repeat domain) sont constitués de 4,5 séquences répétées et sont classés en 3 groupes : A, B et C, basés sur leur homologie de séquence. La desmoplakine contient 3 PRD, la plectine 6, BPAG1e 2 et l’envoplakine 1. La structure cristallographique des PRD B et C de la desmoplakine (Choi, Nat struct biol, 2002) a permis de définir les sites de liaison des filaments intermédiaires. De plus une séquence connectant ces deux PRD appelée « sous- domaine L » semble également importante pour la liaison des filaments intermédiaires
(Fontao, Mol biol cell, 2003).
Le domaine de liaison à l’actine est constitué de deux « calponin-homology domains », (CH1 et CH2), d’une 100aine de résidus situés en N-terminal des plakines. L’isolation des domaines de liaison à l’actine de la plectine (Fontao, J cell sci, 2001), BPAG1n (Yang, Cell, 1996), ou MACF (Leung, J cell biol, 1999 ; Karakesisoglou, J cell biol,
2000) a montré une liaison directe à l’actine et la co-localisation de ces domaines avec les
filaments d’actine. Le domaine CH1 est capable, seul, de lier l’actine mais avec une affinité plus faible que la paire CH1-CH2 (Way, J cell biol, 1992). En revanche, il existe certaines isoformes, notamment de BPAG1 et de MACF qui ne possèdent pas le domaine CH1 ; cette absence du domaine CH1 pouvant abolir la liaison à l’actine et au contraire favoriser l’interaction avec d’autres partenaires. Enfin les domaines de liaison à l’actine sont capables de s’homo- ou de s’hétérodimériser (Fontao, J cell sci, 2001), contribuant ainsi à l’organisation du réseau d’actine.
Le « coiled-coil rod domain » est responsable de l’homo- et dans certains cas de l’hétérodimérisation parallèle des plakines. Certaines plakines, les spectraplakines, possèdent à la place de ce domaine, un nombre variable de domaines « spectrin repeats ». Chaque spectrin repeat est formé de 3 hélices-α possédant une séquence répétée de 7 aa. chargés et hydrophobes ; cette périodicité de 7 aa. étant nécessaire pour la dimérisation des spectraplakines.
Certaines plakines sont également capables d’interagir avec les microtubules (Sun, J
cell sci, 2001). Le domaine principalement responsable de cette interaction est le domaine
GAR (GAS2 related), ainsi nommé pour son homologie de séquence avec la protéine GAS2 (growth arrest specific-2), et situé en C-terminal des plakines. Ce domaine est associé avec un domaine GSR, riche en glycines, sérines et arginines, également impliqué dans la liaison avec
les microtubules. Généralement, les plakines ne possédant pas le domaine GAR n’interagissent pas avec les microtubules. Cependant, la plectine, qui ne possède que le domaine GSR, peut tout de même lier les microtubules.
Une autre grande caractéristique des plakines est la présence d’un grand nombre d’isoformes dû à la présence de promoteurs alternatifs au niveau des gènes des plakines, à des épissages alternatifs de leurs transcrits et également à différents sites d’initiation de la traduction. Différents épissages alternatifs classiquement décrits aboutissent à la production d’isoformes ayant 3 extrémités N-terminales différentes, possédant 1, 2 ou aucun domaine CH, comme c’est le cas pour BPAG1 et MACF. Plusieurs isoformes se distinguent aussi au niveau de la longueur de leur « rod domain », notamment pour la desmoplakine ou BPAG1. La plectine, quant à elle, possède au moins 12 1ers exons alternatifs, et actuellement 16 isoformes décrites. Ces isoformes possèdent des propriétés et des localisations tissulaires et subcellulaires différentes, ce qui a aboutit à une grande confusion dans la nomenclature des plakines ainsi que dans leurs fonctions tissus-spécifiques et leur distribution.
3.2 La plectine/HD1
La plectine a été identifiée il y a plus de 25 ans (Pytela, PNAS, 1980) comme interagissant avec les filaments intermédiaires et présumée impliquée dans l’organisation du réseau cytosquelettique, d’où son nom qui vient du grec « πλεκτή », signifiant réseau (Wiche,
Exp cell res, 1982). 10 ans plus tard, le clonage et le séquençage de son ADNc chez le rat (Wiche, J cell biol, 1991), puis l’analyse de la structure de son gène chez l’homme (situé sur
le chromosome 8q24) (Liu, PNAS, 1996 ; McLean, Genes dev, 1996), ainsi que l’analyse des phénotypes de patients souffrant d’EBS-MD, dues à des défauts du gène de la plectine, ont permis de faire de grands progrès dans la compréhension de son rôle majeur dans la stabilité mécanique des cellules et des tissus. Ceci sera ensuite confirmé par la définition des nombreuses interactions moléculaires de la plectine avec les 3 cytosquelettes cellulaires ainsi que dans les complexes jonctionnels. La génération de souris déficientes en plectine (Andrä,
Genes dev, 1997) a permis de découvrir de nouvelles fonctions comme la régulation de
procédés de signalisation cellulaire. Plus récemment (Fuchs, Hum mol genet, 1999), l’analyse de la complexité des extrémités 5’ des transcrits de la plectine, a encore augmenté la diversité moléculaire de la plectine, aboutissant à l’identification de 18 potentielles isoformes ayant des fonctions différentes.
La plectine pleine taille a un poids moléculaire compris entre 499 et 533 kDa, basé sur la séquence murine (Rezniczek, Hum mol genet, 2003). L’analyse en microscopie électronique
montre un structure en altère avec un « rod domain » central entouré par 2 larges domaines globulaires [[ffiigg..3344AA]. Le domaine central est constitué de 7 domaines répétés, qui permettent ] la formation de dimères anti-parallèles, comme indiqué par les dimensions microscopiques et les données d’HPLC qui donnent un poids moléculaire, en solution, de 1100kDa (Foisner, J
mol biol, 1987). Le domaine globulaire C-terminal, long de 214 kDa, est codé par un seul
long exon (>6Kb) et est constitué de 6 larges domaines répétés, très homologues : les PRDs, caractéristiques des plakines (Wiche, J cell biol, 1991). Le domaine globulaire N-Terminal, contient un domaine de liaison à l’actine conventionnel (2 domaines CH) (Stradal, FEBS lett,
1998), précédé par des séquences codées par des exons alternatifs, ainsi qu’un domaine
plakine, lui aussi caractéristique de la famille des plakines[[ffiigg..3344BB]].
La plectine est, parmi les plakines, la protéine la plus versatile. En effet, elle présente un très grand nombre d’isoformes dues à un épissage alternatif très complexe, en particulier au niveau de l’extrémité 5’, de ses transcrits [[ffiigg..3344CCeettDD]]. L’analyse la plus précise du gène de la plectine a été réalisée chez la souris (Fuchs, Hum mol genet, 1999). Il se situe sur le chromosome 15, est long de 62Kb, et compte 40 exons. 16 variants présentant des différences au niveau de leur extrémité 5’ ont été identifiés : 11, résultants d’un épissage alternatif au niveau de l’exon 1 avec 3 variants supplémentaires au niveau de l’exon 1c, et 2 variants au niveau des exons 2 et 3, qui sont les premiers des 6 exons codant pour le domaine de liaison à l’actine. Suite à cette description, l’organisation du gène de la plectine a été revue chez le rat et l’homme : les 11 variants, décrits au niveau de l’exon 1, sont présents chez le rat, et 8 ont été confirmés chez l’homme (Zhang, Genome res, 2004). De plus, 2 nouveaux variants, auxquels il manque l’exon 31 (codant pour le rod-domain) ont été identifiés chez le rat
(Elliott, Genomics, 1997) et l’homme (Brown, J immunol, 2001). Ce grand nombre
d’isoformes permet d’expliquer la grande diversité de fonctions que peut exercer la plectine, cette diversité fonctionnelle pouvant, par ailleurs, être augmentée par l’hétérodimérisation de différentes isoformes. Enfin, certaines isoformes peuvent avoir une spécificité tissulaire, permettant ainsi de cibler un rôle particulier de la plectine au niveau d’un tissu précis.
La plectine, même si elle n’est pas ubiquitaire, présente une distribution très large dans l’organisme. L’utilisation d’un panel d’anticorps monoclonaux et d’antisera a montré que la plectine était exprimée au niveau de différents types de muscles, des épithéliums simples et stratifiés, ainsi qu’au sein des cellules formant la barrière hémato-encéphalique (Errante, J
neurosci res, 1994 ; Wiche, J cell biol, 1983 ; Wiche, Exp cell res, 1984 ; Wiche, Crit rev biochem mol biol, 1989). Au niveau cellulaire, elle est co-distribuée avec différents types de
Actin/β4 β4
BP180
Fig. 34 : La plectine, structure protéique et génomique.
A. Photo de molécules de plectine en solution obtenue en microscopie électronique après