Que sont les protéines chaperonnes ?

Par Hannah Simmons, M.Sc.Révisé par Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

Les chaperones sont une famille de protéines qui jouent un rôle essentiel dans la stabilisation des protéines non repliées. Cette stabilisation aide à de nombreux processus tels que la translocation, la dégradation et le repliement.

Calnexin, une chaperonne, caractérisée par l’assistance au repliement des protéines et au contrôle de la qualité, assurant que seules les protéines correctement repliées et assemblées poursuivent leur chemin le long de la voie sécrétoire. Image Credit : ibreakstock /

Pliage des protéines

Le début de la synthèse des protéines est réalisé par les ribosomes qui synthétisent une chaîne linéaire d’acides aminés appelée chaîne polypeptidique. L’ARNm spécifie la séquence des acides aminés.

Chaque acide aminé de cette chaîne polypeptidique a une propriété différente. Par exemple, la glycine est très hydrophobe, tandis que l’arginine est très hydrophile. Ces propriétés déterminent la structure tridimensionnelle de la protéine. Les acides aminés hydrophobes doivent être maintenus à l’intérieur de la protéine tandis que les acides aminés hydrophiles doivent être à l’extérieur de la protéine.

Les liaisons hydrogène se lient aux chaînes polypeptidiques pour former la structure secondaire des protéines que sont les hélices alpha et les feuillets bêta. L’empilement de ces hélices et feuillets forme la structure tertiaire.

Le repliement des protéines doit être maintenu dans leur forme tridimensionnelle et ne doit pas s’agréger ou se dégrader. Les protéines non repliées ou mal repliées donnent lieu à une foule de maladies.

Le rôle des chaperons dans le repliement des protéines

Les chaperons sont un groupe de protéines qui ont une similarité fonctionnelle et aident au repliement des protéines. Ce sont des protéines qui ont la capacité d’empêcher l’agrégation non spécifique en se liant aux protéines non natives.

Il existe plusieurs familles de chaperons et chacune possède des fonctions différentes. Un exemple de protéines chaperons sont les « protéines de choc thermique » (Hsps).

Le nom Hsp a été donné après que ces protéines aient été découvertes dans une bactérie. Ces bactéries produisaient davantage de ces protéines dans des conditions de stress, comme des températures plus élevées, des variations de pH et des conditions hypoxiques. Deux exemples de Hsp sont Hsp70 et Hsp60.

Hsp70

Les protéines chaperonnes Hsp70 sont des catalyseurs de repliement qui aident à de nombreux types de processus de repliement tels que le repliement ou le mauvais repliement des protéines agrégées, et le repliement et l’assemblage de nouvelles protéines. Ces protéines sont monomères et contiennent deux domaines différents appelés terminaux N et C. Le terminal N contient l’ATPase tandis que le terminal C contient l’ATPase. Le terminal N contient l’ATPase tandis que le terminal C se lie au substrat. L’hydrolyse de l’ATP au sein de la borne N permet à la borne C de s’ouvrir et de se lier au substrat.

Hsp70 reconnaît une région de la chaîne polypeptidique dépliée appelée « région étendue ». Cette région étendue contient de nombreux résidus hydrophobes. La liaison de Hsp70 empêche l’agrégation de ces protéines.

Hsp60

Comme Hsp70, les protéines chaperonnes Hsp60 ont également la capacité de se lier à des résidus hydrophobes exposés pour former des agrégats stables mais inactifs. Ces protéines ne sont pas impliquées dans la prévention de l’agrégation, mais fonctionnent plutôt pour mettre en quarantaine et isoler les protéines dépliées. L’isolement empêche également la chaîne polypeptidique de s’agréger en amas avec d’autres chaînes dans le cytoplasme.

Hsp 60 contient 14 composants protéiques différents. Ces protéines forment deux anneaux, chacun composé de 7 protéines, qui sont placés l’un sur l’autre. Les protéines non repliées à l’intérieur de ces anneaux sont alors capables de se replier sans s’agréger avec d’autres protéines non repliées et sans interférence de Hsp70.

Comme on le voit avec Hsp70, Hsp60 a également deux formes différentes. Le premier état est la forme de liaison, dans laquelle l’ATP est liée et les protéines dépliées peuvent entrer dans le trou entre les deux anneaux. L’hydrolyse de l’ATP initie alors la formation d’un état fermé, appelé état actif de repliement. Ce changement de conformation empêche la protéine de sortir et encourage le repliement des protéines. Cet état clos dure environ 15 secondes avant que la conformation ne change à nouveau et que la protéine correctement repliée ne soit libérée dans le cytoplasme.

Les chaperons jouent un rôle très important au sein du cytoplasme en empêchant l’agrégation et en favorisant diverses fonctions importantes comme la translocation, la dégradation et le repliement approprié des protéines.

La perte ou les mutations de ces chaperons donnent lieu à plusieurs maladies. Un exemple d’un groupe de maladies génétiques associées à des chaperons mutés sont les protéinopathies multisystèmes (MSP) qui affectent un large éventail de fonctions corporelles impliquant les muscles, les os et le système nerveux.

Application thérapeutique des inhibiteurs de Hsp

Ces derniers temps, les inhibiteurs de Hsp tels que les inhibiteurs de Hsp 90 sont utilisés pour inhiber les voies de signalisation qui sont responsables de la croissance et de la prolifération des cellules tumorales.

Les chaperons chimiques ont été utilisés pour traiter les maladies métaboliques. Par exemple, l’accumulation de protéines dépliées ou mal repliées peut provoquer un stress du réticulum endoplasmique (RE). Pour soulager ce stress du RE, on utilise de petites molécules appelées chaperons chimiques qui favorisent le repliement correct des protéines. Les influences positives des chaperons chimiques sur les pathologies liées au stress du RE les rendent utiles pour traiter les troubles métaboliques tels que le diabète de type 2, l’obésité et l’athérosclérose.

En plus des chaperons qui sont des protéines de stress essentielles pour le maintien d’autres protéines et la survie des cellules, leur application dans le domaine thérapeutique a augmenté de façon spectaculaire.

Lectures complémentaires

• Tout le contenu sur le repliement des protéines
• Protéines de choc thermique
• Replisseurs de peptides alpha
• Structure protéique de Novo. Prédiction

Écrit par

Hannah Simmons

Hannah est un écrivain médical et des sciences de la vie avec un Master of Science (M.Sc.) de l’université de Lancaster, au Royaume-Uni. Avant de devenir rédactrice, Hannah a axé ses recherches sur la découverte de biomarqueurs pour les maladies d’Alzheimer et de Parkinson. Elle a également travaillé à l’élucidation des voies biologiques impliquées dans ces maladies. En dehors de son travail, Hannah aime nager, promener son chien et voyager dans le monde entier.

Citations

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