Biologie cellulaire

Acheminement des protéines vers la membrane (face cytoplasmique), le peroxysome, la mitochondrie ou le noyau

 

Dans cette ressource, nous nous focalisons sur les processus qui assurent l'acheminement vers leurs cibles respectives des protéines traduites par les ribosomes « libres » et destinées à la membrane (face interne), au peroxysome, à la mitochondrie ou au noyau. Ces protéines restées dans le cytoplasme à l'issue du premier tri vont être progressivement dirigées vers leur site définitif grâce à un étiquetage fourni par des séquences amino acidiques précises, les peptides de destination. Ces peptides sont reconnus par des récepteurs qui assurent donc la sélectivité d'orientation. Le passage de la protéine à l'intérieur de la mitochondrie ou du peroxysome est assuré par des transporteurs protéiques (qui forment un canal d'environ 2 nm), assistés par de nombreuses protéines chaperonnes. Ces dernières gardent les protéines en transit dans l'état déplié nécessaire à leur passage par l'étroit canal. De plus, par des mécanismes encore mal compris, elles favorisent le passage en hydrolysant l'ATP (transport actif). En revanche, les protéines et les ARN, collectivement nommés « charge », traversent l'enveloppe nucléaire dans leur état replié et même parfois sous forme de grands complexes (tels le ribosome). La sélectivité du transport à travers l'enveloppe nucléaire est assurée par de nombreux récepteurs, et son orientation est déterminée par la GTPase Ran.

Prérequis  :

Objectifs  :

Temps de travail prévu  :  3 heures

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Sommaire :

:: Introduction
:: Acheminement post-traductionnel des protéines : deuxième tri
:: Mécanismes de l'ancrage à la membrane (coté cytoplasmique)
Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
    Import des protéines dans la mitochondrie
        :: Protéines portant un peptide N-terminal de destination
        :: Protéines portant un peptide de destination situé au milieu de la chaîne polypeptidique
    Import des protéines dans le peroxysome
        :: Remarque sur la fonction des peroxysomes
        :: Biogenèse des peroxysomes
        :: Transport des enzymes peroxysomales matricielles à travers la membrane
    Traversée de l'enveloppe nucléaire
        :: Structure du pore nucléaire
        :: Trafic moléculaire au travers du pore
        :: Orientation du transport nucléaire : rôle de Ran
        :: Régulation du trafic


Introduction

Dans la ressource précédente, nous avons vu le résultat du premier tri des protéines : rester dans le cytoplasme ou entrer dans la lumière du réticulum endoplasmique. Le devenir des protéines entrées dans le réticulum a aussi été détaillé. Dans cette ressource, nous allons maintenant évoquer comment les protéines restées dans le cytoplasme vont être incorporées dans la face interne de la membrane (protéine membranaire intrinsèque) et dans les organites tels que peroxysome, mitochondrie ou noyau (voir figure 1).

Figure 1. Deux compartiments

Figure 1. Deux compartiments

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Acheminement post-traductionnel des protéines : deuxième tri

Au cours de ce deuxième tri, les séquences de destination sont à la fois nécessaires et suffisantes pour guider les protéines vers leurs organites cibles. En effet, expérimentalement, la transplantation d'une séquence de destination appartenant à une protéine mitochondriale sur une protéine cytoplasmique, déroute cette dernière, mal étiquetée, vers la mitochondrie. Les séquences de destination se lient à des récepteurs présents sur l'organite cible, puis la protéine traverse la membrane par les canaux protéiques de translocation : les translocons. Pour éviter d'éventuelles fuites de solutés, ces canaux sont transitoirement obturés et ne s'ouvrent que lorsque la protéine se présente. Le passage de la protéine se fait en quelques dizaines de secondes et requiert pour orienter la translocation, l'hydrolyse de l'ATP ou un gradient électrochimique (dans la mitochondrie au niveau de la membrane interne).

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Mécanismes de l'ancrage à la membrane (coté cytoplasmique)

Certaines protéines synthétisées sur les ribosomes libres sont destinées à être ancrées dans la membrane (face interne) par l'intermédiaire d'un lipide. Deux possibilités existent :

  1. ancrage par des acides gras saturés tels que le myristate (long de 14 carbones) qui est ajouté sur la glycine en position amino-terminale, ou le palmitate (long de 16 carbones) qui est lié à la cystéine en position carboxy-terminale (protéines–G hétérotrimériques ou monomériques telles que Ras),

  2. ancrage par des isoprénoïdes tels que le farnésyl (long de 15 carbones) ou le géranylgéranyl (long de 20 carbones) qui sont liés aux résidus cystéines localisés dans la région carboxy-terminale ou dans des motifs structuraux spécifiques (protéines– hétérotrimériques, ou monomériques telles que Ras). (voir figure 2 et son deuxième plan).

Figure 2. Myristylation et isoprénylation

Figure 2. Myristylation et isoprénylation
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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites

Dans ce chapitre, nous donnerons une brève description des mécanismes respectivement responsables du transport des protéines vers l'intérieur de la mitochondrie, du noyau ou du peroxysome.

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
Import des protéines dans la mitochondrie

La mitochondrie est entourée par deux membranes, externe et interne, constituant l'enveloppe.

Chaque membrane contient des translocons spécifiques : TOM (translocon of the outer membrane) et TIM (translocon of the inner membrane). TOM et TIM sont de gros complexes formés de plusieurs éléments (désignés en minuscules, Tom et Tim), incluant un récepteur, des pores d'environ 0,2 nm de diamètre (formés par des sous-unités protéiques repliées en feuillets ) et plusieurs protéines accessoires, non évoquées ici (voir figure 3). Pour pouvoir franchir le pore, les protéines doivent demeurer dans un état non replié, assuré par leur association à des protéines chaperonnes cytoplasmiques, telles que Hsp70 et Hsp90 (heat-shock protein 70 kDa) et d'autres qui se trouvent dans l'espace intermembranaire (Tim9, Tim10).

Figure 3. TIM et TOM en détail

Figure 3. TIM et TOM en détail

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Import des protéines dans la mitochondrie
Protéines portant un peptide N-terminal de destination

Les modes de passage dépendent de la localisation et de la nature de la séquence de destination :

   Premier cas : les protéines dont la séquence de destination est située en position N–terminale.

Ce sont par exemple, les composants de la chaîne respiratoire, l'ATP synthase, de nombreuses protéines de transport et les 200 protéines environ qui appartiennent à la matrice mitochondriale comme les enzymes du cycle de l'acide citrique (Krebs) et de la –oxydation des acides gras. Ces protéines se fixent sur le récepteur Tom20 (16 kDa), localisé dans la membrane externe, et sont ensuite présentées au pore TOM40, composé de Tom40 (protéine à structure –tonneau de 45 kDa) et d'une protéine accessoire de 15 kDa, Tom22 (voir figure 4 et cliquer sur la loupe pour plus de détails). Après avoir traversé la membrane externe, les protéines qui lui sont destinées subissent soit un transfert latéral immédiat, soit, comme dans le cas des porines (VDAC), passent dans un premier temps dans l'espace inter membranaire, puis sont insérées dans la membrane externe. Les protéines destinées à la membrane interne ou à la matrice sont ensuite reconnues par le complexe TIM23, formé de Tim23 (22 kDa), de Tim17 (17 kDa) et de Tim44 (50 kDa). Elles sont ensuite attirées dans le pore et traversent partiellement la membrane interne au cours d'un processus appelé « électrophorèse », qui dépend du gradient électrochimique de protons (). Ce gradient attire la séquence de destination chargée positivement dans la direction de la matrice. Les protéines membranaires subissent un transfert latéral, tandis que les protéines destinées à la matrice sont assistées dans la suite du passage par Tim44 et mHsp70, qui effectuent un transport orienté en hydrolysant l'ATP.

Figure 4. Mode de passage de protéines mitochondriales portant un peptide de destination en position N-Terminale

Figure 4. Mode de passage de protéines mitochondriales portant un peptide de destination en position N-Terminale
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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Import des protéines dans la mitochondrie
Protéines portant un peptide de destination situé au milieu de la chaîne polypeptidique

   Second cas : les protéines dont la séquence de destination est située au milieu de la chaîne polypeptidique.

C'est l'exemple du transporteur ADP/ATP (ANT)

Ce transporteur se fixe au récepteur Tom70 sur la membrane externe, puis est dirigé vers TOM40, déjà évoqué ci-dessus. Il est ensuite présenté au complexe TIM22, composé de Tim22, protéine de 22 kDa qui constitue le pore et d'une protéine accessoire Tim54 (54 kDa), puis inséré dans la membrane interne grâce au gradient protonique dont l'intervention est encore mal comprise (voir figure 5 et cliquer sur les loupes pour plus de détails).

Figure 5. Mode de passage de protéines mitochondriales portant plusieurs peptides internes de destination

Figure 5. Mode de passage de protéines mitochondriales portant plusieurs peptides internes de destination
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  Partez en excursion : protéines chaperonnes

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
Import des protéines dans le peroxysome

 

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Import des protéines dans le peroxysome
Remarque sur la fonction des peroxysomes

La fonction des peroxysomes est évoquée rapidement ici car nous n'y reviendrons pas ultérieurement.

  

Découverte du peroxysome

Le peroxysome fut pour la première fois décrit en 1954 dans la thèse d'un étudiant suédois (J. Rhodin) comme un petit organite à simple membrane (microsome) présent dans les cellules du rein de souris. En 1966, cet organite était retrouvé, par microscopie électronique, dans une fraction microsomale (avec les mitochondries et les lysosomes) cellulaire par l'équipe de Christian de Duve. Par la suite, l'équipe a pu séparer les peroxysomes des autres constituants par centrifugation en gradient de densité, et cela grâce à leur remarquable haute densité.

Pour ses découvertes concernant l'organisation fonctionnelle et structurale de la cellule, Christian de Duve a reçu le prix Nobel « Physiologie et Médecine » en 1974 (partagé avec George E. Palade et Albert Claude).

Leur fonction métabolique majeure est la –oxydation de longues et très longues chaînes d'acides gras (plus que 18 carbones) qui, en aboutissant à la formation de chaînes plus courtes, alimentera les processus mitochondriaux de –oxydation. Ils doivent leur nom au fait que la première étape d'oxydation des acides gras se traduit par la formation de peroxyde d'hydrogène () (voir figure 6 et cliquer sur la loupe positionnée sur trans–delta–enoyl CoA).

Figure 6. Mode de passage des protéines peroxysomales

Figure 6. Mode de passage des protéines peroxysomales
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En dehors de la –oxydation des longues chaînes d'acides gras, le peroxysome est aussi impliqué dans la synthèse de la bile, du cholestérol et du plasmalogène (etherlipide) et également dans le métabolisme des acides aminés et des purines.

La place du peroxysome dans le métabolisme cellulaire est illustrée par l'existence de nombreuses pathologies associées à son dysfonctionnement, lui même dû à des défauts génétiques : 1/ mutation d'une des protéines impliquées dans le transport au travers de la membrane (les protéines PEX, voir le paragraphe « Transport des enzymes peroxysomales matricielles à travers la membrane »), 2/ mutation d'une des protéines de la matrice peroxysomale.

  Partez en excursion : métabolisme lipidique du peroxysome et les pathologies qui lui sont associées

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Import des protéines dans le peroxysome
Biogenèse des peroxysomes

On sait maintenant que les peroxysomes se forment à partir de la membrane du réticulum endoplasmique (en tout cas dans la levure). La membrane du réticulum fixe quelques protéines spécifiques telles que PEX3 et 19 (aussi appelées à tort « protéines de prolifération peroxysomale »). Ces protéines, qui sont concentrées dans une structure lamellaire (marquée « L » dans la figure 06), assurent par la suite le recrutement de protéines membranaires et matricielles. La vésicule ainsi formée se détache du réticulum et devient un peroxysome.

  

Pour plus d'information (en anglais), cliquer sur les liens suivants :
http://www.bijvoet-center.nl/cpc/Researchtopics/Peroxisomes et son animation (Apple Quicktime requis).

  

Pour en savoir plus, consultez le document suivant : « Peroxysome genesis Tabak » (757 Ko).

Un groupe de facteurs de transcription impliqués dans l'expression des gènes de peroxysomes a suscité énormément d'intérêt. C'est le groupe de récepteurs nucléaires PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors, type , et ), découverts comme facteurs de transcription réglant l'expression d'acyl CoA oxydase peroxysomale, une enzyme clé dans la –oxydation des longs et très longs acides gras (voir figure 06A). Ces facteurs de transcription sont en effet des récepteurs (non exclusifs) des acides gras et cette voie de rétrocontrôle permet à la cellule de bien équilibrer son métabolisme lipidique (en étroite collaboration avec un autre groupe de récepteurs, les récepteurs nucléaires de l'acide cis-rétinoique (RXR)).

  

Autres rôles pour les PPARs

L'intérêt des chercheurs pour les PPARs augmenta considérablement quand les résultats démontrèrent le rôle de ces récepteurs nucléaires dans le contrôle de la différenciation cellulaire et de l'inflammation. De plus, certaines drogues qui ciblent spécifiquement les PPARs se sont avérées avoir des effets aussi variés que la sensibilisation des cellules à l'insuline, réduisant ainsi les symptômes du diabète type II ou la sensibilisation des cellules tumorales à l'apoptose, avec le potentiel d'augmenter l'efficacité des thérapies anticancéreuses. Enfin, un excès alimentaire en acides gras est lié à l'apparition de polypes intestinaux augmentant ainsi le risque de cancer du colon.

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Import des protéines dans le peroxysome
Transport des enzymes peroxysomales matricielles à travers la membrane

Deux types de peptides de destination, appelés « peroxysomal targeting signal 1 et 2 » (PTS1 et 2), dirigent les protéines vers l'intérieur du peroxysome. Le PTS1 qui occupe une position carboxy terminale (sérine–lysine–leucine–COOH) est présent sur presque toutes les protéines peroxysomales. Le PTS2, qui occupe une position amino-terminale comprend une séquence extrêmement variable (arginine–leucine–x–x–x–x–x–histidine ou glutamine–leucine) et n'est présent que sur un faible nombre de protéines peroxysomales. Les protéines destinées aux peroxysomes sont reconnues et transportées dans la lumière par une famille de protéines appelées peroxynes (PEX). PEX5 (66 kDa) et PEX7 (36 kDa) sont respectivement les récepteurs de PTS1 et PTS2 et présentent les protéines entrantes à un site de fixation localisé sur la membrane du peroxysome (constitué de PEX 13, 14 et 17) (revoir figure 6 et cliquer sur la loupe positionnée sur acyl CoA–oxydase). Plusieurs protéines sont impliquées dans le transport à travers la membrane mais le détail du processus demeure encore inconnu (participation de PEX 2, 8, 10 et 12).

Figure 6. Mode de passage des protéines peroxysomales

Figure 6. Mode de passage des protéines peroxysomales
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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
Traversée de l'enveloppe nucléaire

Le noyau est entouré d'une enveloppe constituée de deux membranes phospholipidiques : l'externe et l'interne espacées de 30 nm. La membrane externe est en continuité avec le REr et la membrane interne s'appuie sur la lamina nucléaire (épaisse d'environ 40 nm), formée d'un réseau de filaments intermédiaires (composés de lamine) (voir figure 7 et cliquer sur la loupe positionnée sur la lamina). La liaison entre la membrane interne et la lamina est assurée par les « lamina associated proteins » (LAPs). L'enveloppe fonctionne comme une barrière sélectivement perméable : elle ne peut être franchie qu'au niveau des pores nucléaires (voir figure 7 et cliquer sur la loupe en bas). Ces pores (2000 à 4000 par noyau) ont pour rôle de s'assurer de l'état mature des ARN sortants et de ne permettre l'accès au nucléoplasme qu'aux protéines exposant leur séquence de destination nucléaire (« nuclear localisation signal », NLS). Cette sélection de protéines entrantes est d'une importance vitale pour la régulation de la transcription et de la réplication de l'ADN (sujet traité dans la ressource intitulée « transcription et réplication de l'ADN »).

Figure 7. L'enveloppe nucléaire et ses pores

Figure 7. L'enveloppe nucléaire et ses pores
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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Traversée de l'enveloppe nucléaire
Structure du pore nucléaire

C'est un complexe protéique de 120 000 kDa comportant plusieurs structures : deux anneaux, un réseau central, huit rayons, 16 filaments (huit du coté cytoplasme et huit du coté nucléoplasme) et un anneau distal. Les filaments nucléoplasmiques adoptent une disposition en panier grâce à la présence d'un anneau distal (voir figure 8). Les filaments sont des sites de fixation des protéines et des ARN appelés à franchir la barrière de l'enveloppe. La plupart des protéines formant le pore appartiennent à la famille des nucléoporines (Nup) dont il existe 30 membres. L'ensemble forme un cylindre d'un diamètre de 120 nm et d'une hauteur de 50 nm (ou 150 nm en incluant les filaments), percé d'un pore ajustable de 40 à 60 nm de diamètre. Certains documents font état d'un bouchon qui pourrait éventuellement obturer le pore. Des études plus récentes démontrent que ce bouchon est en réalité, soit de l'ARN en transit, soit l'anneau distal du panier nucléoplasmique. Le passage des protéines et des ARN au travers du pore exige l'intervention de protéines porteuses (transport facilité). Les nucléotides, nécessaires aux synthèses d'ADN et d'ARN, et les ions, entrent passivement.

Figure 8. Détail du pore nucléaire

Figure 8. Détail du pore nucléaire

  

Quelques détails sur le pore nucléaire

Malgré des différences de mensurations, la structure globale du pore semble être bien conservée depuis la levure jusqu'aux Mammifères. Sur le modèle de l'ovocyte d'un crapaud africain (« Xenopus laevis ») et en utilisant des particules d'or colloïdal recouvertes d'importine– et d'importine– (voir ci-après), on a démontré que le pore nucléaire permet le passage des particules d'une taille inférieure ou égale à 39 nm. De ces travaux, il ressort que le diamètre fonctionnel du pore coïncide bien avec son diamètre apparent (40 nm).

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Traversée de l'enveloppe nucléaire
Trafic moléculaire au travers du pore

   A/ Import

Les protéines entrantes, portent la séquence de destination NLS (Nuclear Localisation Signal), constituée d'acides aminés basiques (lysine et arginine) qui s'arrangent en une séquence continue –phe–lys–lys–lys–arg–lys–val– ou en une séquence interrompue –lys–arg–phe–ala–ala–thr–lys–lys–ala–gly–gln–ala–lys–lys–lys–lys–. Ces séquences sont reconnues par une protéine adaptatrice, l'importine– (protéine de 60 kDa), qui ensuite reconnaîtra son récepteur, l'importine– (protéine de 97 kDa). Le complexe ainsi formé se fixera aux filaments cytoplasmiques qui bordent le pore, sur une séquence riche en phénylalanine et glycine (séquence –phe–ser–phe–gly–) de la protéine Nup358 (voir figure 9). C'est l'amorce d'un processus de navette qui se déroule comme suit : le complexe formé de la protéine entrante, de la protéine adaptatrice et de son récepteur, franchira en bloc le pore, probablement attiré par une autre séquence riche en phénylalanine et glycine (FxFG dans figure 9) située sur la protéine Nup153. Cette protéine est une protéine « élastique » et peut adopter des formes « rétractées » ou « étirées ». Après avoir été apporté dans le nucléoplasme par Nup153, le complexe récepteur-adaptateur est libéré de sa charge par une protéine liant le GTP, RanGTP (protéine de 24 kDa) (événements illustrés en figure 9, et cliquer sur les loupes pour plus de détails). Il existe des protéines (non évoquées ici) qui renvoient les importines– et – vers le cytoplasme pour y être « rechargées ».

Figure 9. Passage de Rb à travers le pore nucléaire

Figure 9. Passage de Rb à travers le pore nucléaire
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Il faut noter que certaines protéines se fixent directement au récepteur, importine–, sans intervention de l'adaptateur et aussi que certaines protéines semblent passer le pore sans aucune intervention de RanGTP, donc sans besoin apparent du récepteur.

  

La protéine rétinoblastome

Dans la figure 9, nous donnons un exemple précis de la protéine rétinoblastome qui a une séquence de destination interrompue (« bipartite ») dans son extrémité C–terminale (–lys–arg–ser–ala–gly–ser–asn–pro–pro–lys–pro–leu–lys–lys–lys–leu–arg–, cliquer sur la loupe positionnée sur rétinoblastome pour plus de détails). Cette protéine entre dans le noyau à l'aide de l'importine– et de l'importine–. La protéine rétinoblastome est importante dans la régulation de la prolifération cellulaire. Sa présence dans le noyau rend certaines portions de l'ADN (où elle se fixe avec d'autres protéines) moins accessibles aux ARN polymérases et par cela, elle empêche la transcription des gènes qui normalement préparent la cellule pour un cycle de division (elle se présente donc comme un « suppresseur de tumeur »).

 

   B/ Export

Les protéines destinées à sortir du noyau portent aussi une séquence de destination, appelée « nuclear export signal » (NES). Elle est riche en résidus leucine (non polaires) distribués le long de la chaîne (). Le processus d'exportation s'effectue selon des principes qui sont très proches de ceux des processus d'importation, utilisant des récepteurs spécifiques tels que exportine–1 (aussi appelé CRM1 (chromosome region maintenance protein–1, protéine de 123 kDa). L'exportine–1 reconnaît sa charge en fixant le RanGTP (au contraire de l'importine–). Le complexe se déplace dans le pore grâce à l'interaction avec des protéines contenant une séquence riche en phe–x–phe–gly (par exemple Nup153 et Nup214). Dans le cytoplasme le complexe se fixe à un filament cytoplasmique (Nup358) et à RanGAP (GTPase activating protein). Celle-ci est une protéine qui provoque l'hydrolyse de GTP (en GDP et Pi). Le complexe se dissocie en libérant sa charge dans le cytoplasme (événements illustrés en figure 10).

Figure 10. Export de STAT1 à travers le pore nucléaire

Figure 10. Export de STAT1 à travers le pore nucléaire
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Pour ce qui concerne la sortie des très nombreux ARN (ARNt, ARNm, ARNr), les choses ne sont pas encore très claires. Il existe une protéine, TAP (tip associating protein), qui se fixe aux ARNm et qui a aussi la capacité d'interagir avec les protéines du pore nucléaire qui portent la séquence phe–x–phe–gly. TAP peut donc fonctionner comme une « exportine ». Cependant il existe un récepteur spécifique des ARNt : l'exportine–t (protéine de 111 kDa). Lorsqu'elle est liée au RanGTP, elle se fixe à l'ARNt mature et comme l'exportine–1 (CRM1), elle interagit avec les protéines nucléoporiques et perd sa charge après hydrolyse de GTP coté cytoplasme.

  

La protéine STAT-1

Dans la figure 10, nous donnons un exemple précis du signal d'exportation (NES) de la protéine STAT–1 (« signal transducer and activator of transcription–1 ») dont la séquence de destination est la suivante : leu–trp–asp–arg–thr–phe–ser–leu–phe–gln–gln–leu–ile–gln–ser–ser–phe–val–val–glu. STAT–1 est un facteur de transcription (poids moléculaire 87 kDa) localisé dans le cytoplasme et le noyau (pour plus de détails, cliquer sur la loupe positionnée sur STAT–1). STAT–1 entre rapidement dans le noyau (sous une forme dimère induite par une phosphorylation sur un résidu tyrosine), en réponse à des signaux de médiateurs de l'inflammation tels que TNF– ou INF–. L'élimination de ces médiateurs entraîne la déphosphorylation de STAT–1 qui quitte le noyau. Ce processus est en partie régulé par l'exportine–1, fixée au signal nucléaire d'exportation de STAT représenté par la séquence amino acidique 302–320.

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Traversée de l'enveloppe nucléaire
Orientation du transport nucléaire : rôle de Ran

Fondamentalement, le transport nucléaire facilité fait intervenir des récepteurs à double affinité : ils fixent d'une part leur charge (par exemple importine–/Rb ou exportine–1/STAT–1) et d'autre part se lient à un motif riche en phénylalanine et glycine (FxFG) localisé sur les protéines du pore. Dans ce processus la GTPase Ran joue un rôle important en déterminant l'affinité du récepteur pour sa charge. Lorsque Ran est fixé au GTP (RanGTP), il entraîne la perte de charge de l'importine–. Inversement, sous la forme RanGDP, il entraîne la perte de charge de l'exportine–1. En conséquence, une fois libérée, la charge ne peut pas revenir en arrière. Ce mode de fonctionnement détermine donc l'orientation du passage à condition que le RanGTP soit abondant dans le nucléoplasme et rare dans le cytoplasme, et inversement pour RanGDP. Ce gradient de RanGTP/RanGDP est mis en place grâce à une forte activité enzymatique qui échange GDP pour GTP dans le nucléoplasme, et une forte activité enzymatique qui hydrolyse le GTP (en GDP + Pi) dans le cytoplasme. L'échange est réalisé par le RanGEF (guanosine exchange factor) et nécessite la présence d'histones (protéines liées à l'ADN pour former la chromatine), donc coté nucléoplasme. L'hydrolyse elle même, est effectuée par le RanGAP (GTPase activating protein) et nécessite la présence d'une protéine filamenteuse cytoplasmique (Nup358 aussi appelée protéine de liaison de Ran ou RanBP) (voir figure 11).

Figure 11. Gradient RanGTP/RanGDP

Figure 11. Gradient RanGTP/RanGDP

Il faut noter que la famille des importines (adaptateurs et récepteurs) chez l'Homme contient au minimum 17 membres et que chaque membre peut avoir une préférence pour une charge ou une autre. Dans leur ensemble ces protéines sont qualifiées de karyophérines.

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Mécanismes de l'import des protéines dans les organites > Traversée de l'enveloppe nucléaire
Régulation du trafic

Le trafic peut être modifié en quelques heures par l'augmentation ou la réduction du nombre de pores nucléaires. Une cellule en prolifération, avec une synthèse protéique trois fois plus élevée, double le nombre de ses pores nucléaires. Si la cellule synthétise de l'ADN, elle a besoin d'importer 100 protéines de la famille des histones par pore et par minute (pour empaqueter son ADN néo synthétisé) et dans le même temps 6 sous-unités ribosomales nouvellement assemblées sortent du noyau.

Le trafic peut aussi être modifié par le masquage et démasquage des séquences de destination, NLS et NES, consécutivement à des phénomènes de phosphorylation (modification post-traductionnelle), de fixation d'un ligand hormonal (stéroïde, hormone thyroïdienne ou rétinoïde) ou d'association avec une protéine masquante. De plus, certaines protéines à destination nucléaire sont retenues provisoirement par des protéines cytoplasmiques (phénomène de séquestration cytoplasmique). Ce sujet sera à nouveau abordé dans la ressource intitulée « transcription et réplication de l'ADN».

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