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BC4223 Mécanismes moléculaires

Trafic intracellulaire des protéines

3 Translocation et insertion transmembranaire des protéines

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 3.1 Translocation
cotraductionnelle
composantes
mécanisme
terminologi: pré vs pro

posttraductionelle

co vs post


3.2 Insertion
cotraductionnelle

signaux
cas de diverses protéines
   

posttraductionelle
3.1<

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 revue gen 

Protéines sont synthétisées dans le cytoplasme à partir de l'extrémité aminée à l'extrémité carboxyle.




Les protéines sécrétées ou résidentes dans la lumière des organites doivent être transférées du cytoplasme -> MEC ou lumière de l'organite.

Elles doivent donc passées à travers une membrane (translocation).

2 types de translocation ou insertion

  • après la fin de la synthèse: translocation post-traductionnelle
  •  durant la synthèse: translocation co-traductionnelle

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TRANSLOCATION COTRADUCTIONNELLE

(décharge vectorielle)

Transfert se fait au fur et à mesure de la synthèse

Transfert dans le RER suivi du trasnport vers le compartiment de destination (via RER, Golgi, vésicules, etc.)

 

1) Les premiers acides aminés sont polymérisés à partir de leur acide aminé N-terminal (). Ces 15-20 premiers acides aminés constituent une séquence-signal .

2) Dès que cette séquence-signal est accessible (environ 70 ac. aminés), elle se lie sur le SRP (particule de reconnaissance du signal) . Cette liaison bloque momentanément l'élongation.

3) Le SRP lié à une séquence signal se lie à son tour sur le récepteur du SRP , une protéine transmembanaire du RER.

4) Le SRP se détache de la séquence-signal et de son récepteur. L'élongation de la protéine reprend.

5) La séquence-signal se lie sur le récepteur de séquence signal et le reste de la séquence s'associe au translocon (canal de translocation) . La liaison de la séquence-signal sur son récepteur se fait de façon à ce que l'acide aminé N-terminal soit localisé dans le cytoplasme

6) Au fur et à mesure que l'élongation progresse, la protéine naissante est refoulée dans la lumière du RER à travers le canal de translocation.

7) A un moment donné la séquence signal est coupée du reste de la protéine naissante par une signalase (une enzyme spécifique située sur le coté luminal de la membrane du RER) puis rapidement dégradée. Cela génère un nouveau bout N-terminal de la protéine finale .

8) Durant le processus de translocation les modifications subies par la protéine naissante (voir section 3.4) s'effectuent: ponts disulfures, glycosylation, etc. Pour simplifier, ici seule une glycosylation est illustrée .

9) Lors de la fin de la synthèse, la protéine est finalement libérée dans la lumière du RER.

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Les polyribosomes associées à cette synthèse sont fortement associés à la membrane du RER. Ils sont appelés polyribosomes membranaires (liés à la membrane).
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Séquence-signal (leader)

  • 13-15 ac. aminés terminaux
  • 1 ou 2 ac. aminés basiques (chargés négativement)
  • région d'environ 10 ac. aminés hydrophobe (6-12)
    • aucune spécifique (un certain nombre d'ac. aminés hydrophobes et une certaine longueur suffisent)










SRP

  • 1 ARN: 300 nucléotides, séquences double brin et boucles
  • 6 protéines (9, 14 19, 54, 68, 72)
  • P9/P14: blocage de l'élongation
  • P68/P72: initiation de la translocation
  • P54: liaison à la séquence-signal

 

 


 

 

 


 

 

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translocon: canal de translocation (CT ou sec61) et récepteur de la séquence-signal/SRP (RS

un seul complexe commun et fonctionnent de façon coordonnée

CT: attachement de la sous-unité 60S

CT: passage des ac. aminés (pas nécessairement hydrophobes) à travers la membrane

translocon: complexe de 3 sous-unités différentes (hétérotrimère)
d'autres protéines fourniraient s'autres fonctionnalités (étanchéité du canal aux ions, RSS, etc.)
  • BiP servirait de "bouchon" pour empêcher la diffusion de matériel (ions, pH, petites molécules, etc) d'un compartiment à l'autre (cytop <--> lumière du RER) => étanchéité
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Association des polyribosomes  seulement à la membrane du RER

Insertion dans la lumière du RER

transport (via vésicule au compartiment impliqué

Méthode de translocation des protéines

  • sécrétées (hormones, matrice extracellulaire, etc.)
  • résidentes des lysosomes, vésicules impliquées dans les divers stages d'endocytose
  • résidentes du RER et golgi

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pro-protéine: protéine de base qui subira des hydrolyses durant son activation

  • proinsuline -> insuline
  • pepsinogène -> pepsine
  • proalbumine -> albumine

 

pré-protéine: protéine possédant encore une séquence signal (condition anormale)

 

 

pré-proprotéine: protéine devant subir des hydrolyses pour sa maturation en plus de sa séquence signal

3.2

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TRANSLOCATION POST-TRADUCTIONNELLE

 

Protéine est synthétisée en entier dans le cytoplasme puis transférée directement dans le compartiment de destination (sans passage dans le RER, golgi, etc).

 

 

Les protéines ayant assumé une conformation dans le cytoplasme doit être dépliée pour passer à travers la membrane du compartiment.

 

 

Les segments hydrophobes doivent être exposées temporairement dans le milieu aqueux lors du dépliment.

 

 

Ce dépliment est catalysée par des enzymes (dépliases, chaperonines, HSP70?...) nécessitant de l'énergie (ATP ou GTP)

 

 

 

La reconnaissance des protéines à être dépliées et transférées doivent être reconnues: présence d'une "séquence-signal" qui agit comme "étiquette" identifiant spécifiquement le compartiment de destination.

 

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dépliase = type de chaperonine
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animation de l'importation de protéines mitochondriales



synthèse par des polyribosomes non membranaires ("libres")

dépliement

association au transport spécifique à la membrane du compartiment impliqué

pas de transport par des ribosomes attachés à la membrane des organites/compartiements impliquées



compartiments impliqués

mitochondrie (matrice et espace intermembranaire)

peroxysome: étiquette SKL (serine-lysine-leucine)

glyoxysome

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Ribosomes cytoplasmiques

("libres" dans le cytoplasme)

Protéines cyoplasmiques

Actine

Protéines périphériques internes

spectrine, ankirine

Protéines mitochondriales et chloroplastiques (génome nucléaire)

Peroxysomes,

glyoxysomes

Noyau (nucléoplasme)

petites protéines diffusent par les pores nucléaires, les grosses par un système de translocation post-traductionel

histones, lamines

Ribosomes

membranaires

Protéines sécrétées

(constitutives ou induites)

Insuline

Albumine

Collagène

Protéines intégrées membrane

plasmique

Lysosomes, endosomes

Golgi,RER, REL

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INSERTION DES PROTÉINES MEMBRANAIRES

 

Les protéines constituant les membranes cellulaires (plasmiques ou compartimentales) peuvent être insérées de façon co- ou post-traductionnelle selon le type de compartiment.

 

 

Post-traductionnelle: membranes des mitochondries, chloroplastes, du noyau des peroxysomes, glyoxysomes (même compartiments que la translocation post-traductionnelle).

 

 

Co-traductionelle: membrane plasmique, RER, REL, golgi, lysosome, endosome... (même compartiments que la translocation co-traductionnelle).

 

 

 

 

La grande variété de type d'insertion impliquent plusieurs variantes dans le mécanisme d'insertion.

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Insertion cotraductionnelle

insertion dans le RER suivie du transport vers le compartiment de destination via golgi, vésicules, etc.

 

les sections cytoplasmiques -> cytoplasme

les section intraluminale du RER -> MEC ou lumière du compartiment de destination

 

séquences topogéniques: déterminent la façon dont la protéine sera insérée

séquence-signal terminale (SST)
  • au bout aminé de la protéine
  • début du transfert
  • entraine la séquence à sa suite dans la lumière du RER
  • sera éliminée de la protéine finale

 

 

séquence-signal interne (séquence de début de transfert) (SSI)

  • à l'intérieur de la protéine
  • début du transfert
  • entraine la séquence à sa suite dans la lumière du RER
  • ne sera pas éliminée de la protéine finale => segment intra-membranaire

 

séquence d'arrêt de transfer (séquence d'ancrage) (SAT)

  • à l'intérieur de la séquence
  • fin du transfert
  • bloque la séquence à sa suite dans le cytoplasme
  • ne sera pas éliminée de la protéine finale => segment intra-membranaire

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Cas du récepteur des asialoprotéines

(extrémité aminée dans le cytoplasme, extrémité carboxylée dans le MEC, une section transmembranaire)

requiert une séquence-signal interne

 

 

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Cas de la protéine G (glycoprotéine) du VSV

(extrémité carboxylée dans le cytoplasme, extrémité aminée dans le MEC, une section transmembranaire)

une séquence-signal terminale + une séquence d'arrèt de transfert

 

 

 

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extrémités aminée carboxylée dans le cytoplasme, deux sections transmembranaires, une boucle dans le MEC

 

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Protéine à 7 segments transmembranaires

 

 

 

les 3 séquences topogéniques suffisent pour insérer toutes les protéines membranaires, même les plus complexes:

  • proteines a 7 sements transmembranaires
  • transporteur du glucose: 12 segments transmembranaires, N-terminale et C-teminale = cytoplasme.

le principe de base est que les sequences signal entrainent le segment qui le suit dans le RER tandis que la sequence d'arret de transfert "refoule" le segment qui la suit dans le cytoplasme

la SSI et la SAT formeront des segments transmembranaires tandis que la SST n'apparaitra jamais dans la proteine finale

glycosylation

http://www.youtube.com/watch?v=G33cD2YleRI&mode=related&search=
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Insertion post-traductionnelle



mécanisme dérivé de la translocation post-traductionel

 

rends in Biochemical Sciences  
 Volume 31, Issue 4  ,  April 2006,  Pages 192-196
 
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doi:10.1016/j.tibs.2006.02.002       
 Copyright © 2006 Elsevier Ltd All rights reserved.

Has the code for protein translocation been broken?

Dalit Shental-Bechor*, Sarel J. Fleishman* and Nir Ben-Ta

Trends in Biochemical Sciences  
 Volume 31, Issue 8  ,  August 2006,  Pages 455-464
 
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doi:10.1016/j.tibs.2006.06.001       
 Copyright © 2006 Elsevier Ltd All rights reserved.

Review

Protein disulfide isomerase: the structure of oxidative folding

Christian W. Grubera, Maša Čemažara, Begoña Herasa, Jennifer L. Martina and David J. Craika, 

aInstitute for Molecular Bioscience and Australian Research Council Special Research Centre for Functional and Applied Genomics, University of Queensland, Brisbane, QLD 4072, Australia


 Available online 11 July 2006. 

Trends in Biochemical Sciences  
 Volume 31, Issue 3  ,  March 2006,  Pages 156-163
 
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doi:10.1016/j.tibs.2006.01.003       
 Copyright © 2006 Elsevier Ltd All rights reserved.

N-linked oligosaccharides as outfitters for glycoprotein folding, form and function

Nivedita Mitra, Sharmistha Sinha, Thirumalai N.C. Ramya and Avadhesha Surolia

BC4223

Page de Didier Gauthier

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