Le système ubiquitine/26S protéasome : impliqué dans les mécanismes de défense antivirale chez les plantes ? mécanismes de défense antivirale chez les plantes ?

La voie ubiquitine/protéasome 26S, de par son implication dans la dégradation des protéines, représente un élément central des relations entre plante et pathogène et plus particulièrement lors des interactions plante/virus. Ce rôle crucial revêt deux facettes, le protéasome pouvant être impliqué dans les mécanismes de défense de la plante comme dans les mécanismes de contre-attaque des agents pathogènes (Dielen et al., 2010a).

Chez les eucaryotes, le protéasome 26S est un complexe macromoléculaire protéique de 2500 kDa constitué du protéasome 20S et de structures régulatrices, le complexe 19S (Zwickl

et al., 1999), fixées à chaque extrémité du 20S (Figure 20A). En microscopie électronique, le

complexe 20S (720 kDa) se présente sous la forme d’un cylindre (15 nm de long et 11 nm de diamètre) composé de 4 anneaux constitués de 7 sous-unités α pour les anneaux externes et de 7 sous-unités β pour les anneaux internes (Davy et al., 2001) (Figure 20A). Les données de

19S 19S 20S Couvercle Base (A) sous-unitéα sous-unitéβ sous-unité non-ATPasiques de Base sous-unité non-ATPasiques de couvercle ATPase E1 Ub E1 E2 E2 E3 Ub ATP + PPi + AMP Ub Ub Ub^Ub Ub Ub

Etape 1 Etape 2 Etape 3

Protéine cible (B) (2) (3) (4) (C) (1) Ub Ub Ub Ub

Figure 20. Le système ubiquitine/26S protéasome.

A

Ubiquitination des protéines ciblées pour le protéasome. Une enzyme activatrice de l’ubiquitine (E1) se lie à l’ubiquitine, qui est alors transférée à une enzyme conjugatrice de l’ubiquitine (E2) ; une ubiquitine-ligase (E3) aide au transfert de l’ubiquitine à la cible substrat. Plusieurs molécules d’ubiquitine sont attachées aux protéines avant leur reconnaissance et dégradation par le protéasome 26S. C. Les étapes de la dégradation des protéines ubiquitinylées. Les protéines marquées à l’ubiquitine sont reconnues par le complexe régulateur 19S (1), où elles sont déubiquitinylées et dénaturées. Les protéines pénètrent ensuite dans la cavité centrale du 20S (2), où elles sont protéolysées (3). Les produits de protéolyse sont ensuite dégradés en acides aminés par des carboxypeptidases et des aminopeptidases cellulaires (4).

structure 3D disponibles pour le protéasome 20S de levure et de bovin (Yang et al., 2004) montrent que les deux anneaux β forment une cavité centrale, qui héberge les sites actifs de l'activité protéasique portée par trois des sous-unités β. Les sept sous-unités α constituent les deux anneaux externes contrôlant l’entrée dans la « chambre » catalytique et interagissent avec les complexes régulateurs du protéasome. Le complexe régulateur 19S est constitué de deux parties : la base constituée par 6 sous-unités ATPasiques qui se fixe aux sous-unités α, et le couvercle constitué d’au moins 10 sous-unités non ATPasiques (Zwickl et al., 1999).

Les sous-unités ATPasiques de la base du 19S interviennent dans la perte des structures tertiaires et secondaires du substrat et permettent l’ouverture du 20S en interagissant avec les anneaux α, modulant ainsi l’entrée du substrat et la sortie des produits de dégradation (Adams, 2003, Heinemeyer et al., 2004). La dégradation médiée par le protéasome peut se faire via la voie ubiquitine ATP dépendante dans le cytosol. La liaison covalente de plusieurs ubiquitines à une protéine cible (polyubiquitinylation) (Figure 20B) entraîne la dégradation de celle-ci par le protéasome 26S (Figure 20C).

Il a été montré que des protéines de virus de plante sont ciblées par le système ubiquitine/protéasome 26S : la dégradation de protéines de mouvement virales apparaît comme un événement fréquent lors des interactions plante/virus. Par exemple, la protéine 69K du TYMV (Turnip yellow mosaic virus, genre Tymovirus) est dégradée par le protéasome 26S après marquage à l’ubiquitine (Drugeon & Jupin, 2002), de même que la protéine de mouvement du PLRV (Potato leaf roll virus, genre Luteovirus) (Vogel et al., 2007). L’inhibition du protéasome entraîne une stabilité accrue de la protéine 30K du TMV, qui s’accumule alors sous forme polyubiquitinylée dans le réticulum endoplasmique (Reichel & Beachy, 2000). Cette dégradation par le protéasome peut être considérée à la fois comme un mécanisme de défense de l’hôte mais également comme un détournement de la machinerie cellulaire par le virus à son profit, contrôlant ainsi son cycle infectieux et le turnover de ses protéines.

L’implication du protéasome dans les réactions de défense de la plante a été démontrée chez des tabacs porteurs du gène de résistance N, où l’infection par le TMV entraîne la production de calmodulines impliquées dans la transduction de voies de défense. Certaines de ces calmodulines sont régulées de façon post-transcriptionnelle via une dégradation par le protéasome (Yamakawa et al., 2001). De même, il a été montré que l’expression de deux enzymes « ubiquitin-activating » (E1A et E1B) impliquées dans la voie de l’ubiquitine-protéasome était induite par l’infection par plusieurs virus de plantes : le TMV, le ToMV

Introduction

42 viral éloigné (Takizawa et al., 2005). Il a aussi été montré que l’inhibition par VIGS (Virus

Induced Gene Silencing) de l’expression de la sous-unité RPN9 du complexe régulateur 19S

du protéasome chez N. benthamiana empêche la migration dans les feuilles non inoculées de deux virus appartenant à des groupes taxonomiques différents, le TMV et le TuMV (Jin et al., 2006, Kim et al., 2003).

Outre ses activités protéolytiques, le protéasome est porteur d’une autre activité catalytique, de nature endonucléasique. Cette activité RNasique, moins bien connue que les activités protéolytiques, a été décrite comme étant capable, à la fois chez les animaux (Pouch

et al., 1995) et les végétaux (Ballut et al., 2003), de dégrader in vitro des ARN viraux. Le

potyvirus LMV figure parmi les virus de plantes dont l’ARN peut être l’une des cibles de cette activité catalytique. De façon intéressante, il a été montré que la protéine HC-Pro de ce virus, connue pour être un suppresseur de silencing, est capable d’interférer in vitro avec ces processus de dégradation (Ballut et al., 2005). Récemment, il a été montré au laboratoire que la sous-unité α-5 du protéasome 20S chez A. thaliana est porteuse de cette activité RNasique

in vitro, que cette sous-unité interagit in vivo avec la protéine HC-Pro du LMV et qu’elle est

en partie relocalisée dans des inclusions cytoplasmiques formées par HC-Pro en cas d’infection par le LMV (Dielen et al., 2010b). De plus, des mutants « knock-out » (KO) d’A.

thaliana pour l’une des copies codant pour α-5, est plus sensible à l’infection par le LMV

(Dielen et al., 2010b). Ces résultats suggèrent d’une part l’existence d’une voie inconnue de défense antivirale associée au protéasome et, d’autre part, que les potyvirus ont évolué pour inhiber cette voie, en utilisant la même protéine que celle qui inhibe la défense associée au « gene silencing ».

III.2. Les mécanisme de résistance passive contre les virus de plantes :