Les protéines sont les macromolécules de la vie. Ils représentent 80% du protoplasme déshydraté de la cellule entière et représentent environ 50% du poids sec de tous nos tissus, donc la croissance, la biosynthèse et la réparation des tissus en dépendent totalement.

L’acide aminé est l’unité de base de la protéine, car à travers des liaisons peptidiques consécutives, ces molécules donnent naissance aux chaînes protéiques que nous connaissons grâce aux leçons de biologie. Les acides aminés sont constitués de carbone (C), d’oxygène (O), d’azote (N) et d’hydrogène (H), 4 des 5 bioéléments qui constituent 96% de la masse cellulaire terrestre. Pour vous donner une idée, nous avons 550 gigatonnes de carbone organique sur la planète, dont 80% proviennent de la matière végétale qui nous entoure.

Le processus de synthèse des protéines dans la cellule est une danse complexe entre l’ADN, l’ARN, les enzymes et les chaînes d’assemblage. Dans cette opportunité, Nous vous raconterons quelques coups de pinceau généraux de la formation des protéines au niveau cellulaire, avec un accent particulier sur les modifications post-traductionnelles.

Les bases de la synthèse des protéines dans la cellule

Tout d’abord, nous devons jeter certaines bases. L’être humain a ses informations génétiques dans le noyau (sans compter l’ADN mitochondrial), et celui-ci a des séquences codantes pour des protéines ou ARN, appelées gènes. Grâce au projet Human Genome, nous savons que notre espèce possède entre 20 000 et 25 000 gènes codants, ce qui ne représente que 1,5% de l’ADN total de notre corps.

L’ADN est composé de nucléotides, qui sont de 4 types, selon la base azotée qu’ils présentent: l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T). Chaque acide aminé est codé par un triplet de nucléotides, appelés «codons». Nous vous donnons l’exemple de quelques triplés:

GCU, GCC, GCA, GCG

Tous ces triplets ou codons codent pour l’acide aminé alanine, de manière interchangeable. Dans tous les cas, ceux-ci ne proviennent pas directement de gènes, mais sont plutôt des segments d’ARN, qui sont obtenus à partir de la transcription de l’ADN nucléaire. Si vous connaissez la génétique, vous avez peut-être remarqué que l’un des codons contient de l’uracile (U), l’analogue de la thymine (T) de l’ARN.

Donc, Lors de la transcription, un ARN messager est formé à partir des informations présentes dans les gènes et il se déplace à l’extérieur du noyau, vers les ribosomes, qui sont situés dans le cytoplasme de la cellule.. Ici, les ribosomes «lisent» les différents codons et les «traduisent» en chaînes d’acides aminés, qui sont portés un à un par l’ARN de transfert. Nous vous donnons un autre exemple:

GCU-UUU-UCA-CGU

Chacun de ces 4 codons code respectivement pour les acides aminés alanine, phénylalanine, sérine et arginine. Cet exemple théorique serait un tétrapeptide (oligopeptide), car pour être une protéine commune, elle doit contenir au moins 100 de ces acides aminés. Dans tous les cas, cette explication couvre, de manière générale, les processus de transcription et de traduction qui donnent naissance à des protéines au sein des cellules.

Que sont les modifications post-traductionnelles?

Les modifications post-traductionnelles (PTM) se réfèrent à les changements chimiques que subissent les protéines une fois qu’elles ont été synthétisées dans les ribosomes. La transcription et la traduction donnent naissance à des propeptides, qui doivent être modifiés pour finalement atteindre la véritable fonctionnalité de l’agent protéique. Ces changements peuvent avoir lieu par des mécanismes enzymatiques ou non enzymatiques.

L’une des modifications post-traductionnelles les plus courantes est l’ajout d’un groupe fonctionnel. Dans la liste suivante, nous vous donnons quelques exemples de cet événement biochimique.

• Acylation: consiste en l’ajout d’un groupe acyle. Le composé qui donne ce groupe est connu sous le nom de «groupe acylant». L’aspirine, par exemple, provient d’un processus d’acylation.
• Phosphorylation: consiste en l’ajout d’un groupe phosphate. C’est la modification post-traductionnelle qui est associée au transfert d’énergie au niveau cellulaire.
• Méthylation: ajouter un groupe méthyle. C’est un processus épigénétique, car la méthylation de l’ADN empêche la transcription de certains gènes cibles.
• Hydroxylation: ajout d’un groupe hydroxyle (OH). L’ajout du groupe hydroxyle à la proline, par exemple, est une étape essentielle pour la formation de collagène chez les êtres vivants.
• Nitration: ajout d’un groupe nitro.

Il existe de nombreux autres mécanismes d’ajout de groupes fonctionnels, car la nitrosylation, la glycosylation, la glycation ou la prénylation ont également été enregistrées.. De la formation des médicaments à la synthèse des tissus biologiques, tous ces processus sont essentiels pour la survie de notre espèce, d’une manière ou d’une autre.

Comme nous l’avons déjà dit, le génome humain contient 25 000 gènes, mais le protéome de notre espèce (le total des protéines exprimées dans une cellule) est d’environ un million d’unités protéiques. En plus de l’épissage de l’ARN messager, les modifications post-traductionnelles sont à la base de la diversité des protéines chez l’homme, car ils sont capables d’ajouter de petites molécules par des liaisons covalentes qui changent complètement la fonctionnalité du polypeptide.

En plus de l’ajout de groupes spécifiques, il existe également des modifications qui lient les protéines entre elles. Un exemple de ceci est la sumoylation, qui ajoute une protéine miniature (petit modificateur lié à l’ubiquitine, SUMO) aux protéines cibles. La dégradation des protéines et la localisation nucléaire sont quelques-uns des effets de ce processus.

Un autre mécanisme post-traductionnel additif important est l’ubiquitination, qui, comme son nom l’indique, ajoute de l’ubiquitine à la protéine cible. L’une des nombreuses fonctions de ce processus est de diriger le recyclage des protéines, car l’ubiquitine se lie aux polypeptides qui doivent être détruits.

Au jour d’aujourd’hui, quelque 200 modifications post-traductionnelles différentes ont été détectées, qui affectent de nombreux aspects de la fonctionnalité cellulaire, parmi lesquels des mécanismes tels que le métabolisme, la transduction du signal et la stabilité des protéines elles-mêmes. Plus de 60% des sections protéiques résultant de modifications post-traductionnelles sont associées à la zone de la protéine qui interagit directement avec d’autres molécules, ou ce qui est la même, son centre actif.

Modifications post-traductionnelles et images pathologiques

La connaissance de ces mécanismes est en soi un trésor pour la société, mais les choses deviennent encore plus intéressantes lorsque l’on découvre que les modifications post-traductionnelles sont également utiles dans le domaine médical.

Les protéines qui ont en elles la séquence CAAX, la cystéine (C) – résidu aliphatique (A) – résidu aliphatique (A) – tout acide aminé (X), font partie de nombreuses molécules à feuillets nucléaires, sont essentielles dans divers régulateurs processus et En outre, ils sont également présents à la surface des membranes cytoplasmiques (la barrière qui délimite l’intérieur de la cellule de l’extérieur). La séquence CAAX a historiquement été associée au développement de maladies, car elle régit les modifications post-traductionnelles des protéines qui la présentent.

Comme l’indique la Commission européenne dans l’article CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, elle tente aujourd’hui d’utiliser comme cibles thérapeutiques pour le cancer et la Progeria les enzymes qui traitent les protéines avec la séquence CAAX. Les résultats sont trop complexes au niveau moléculaire pour les décrire dans cet espace, mais le fait qu’ils essaient d’utiliser les modifications post-traductionnelles comme objet d’étude dans les maladies montre leur importance évidente.

résumé

De toutes les données présentées dans ces lignes, nous voulons en souligner une d’une importance particulière: Les êtres humains ont environ 25000 gènes différents dans notre génome, mais le protéome cellulaire représente un million de protéines. Cette figure est possible grâce à des modifications post-traductionnelles, qui ajoutent des groupes fonctionnels et relient des protéines entre eux, afin de donner une spécificité à la macromolécule.

Si nous voulons que vous gardiez une idée centrale, c’est la suivante: l’ADN est transcrit en ARN messager, qui voyage du noyau au cytoplasme cellulaire. Ici, il est traduit dans la protéine (à partir de laquelle il abrite ses instructions sous forme de codons), à l’aide d’ARN de transfert et de ribosomes. Après ce processus complexe, des modifications post-traductionnelles ont lieu, afin de donner au protopeptide sa fonctionnalité définitive.

Références bibliographiques:

• Jensen, Ont. (2004). Protéomique spécifique à la modification: caractérisation des modifications post-traductionnelles par spectrométrie de masse. Opinion actuelle en biologie chimique, 8 (1), 33-41.
• Krishna, RG et Wold, F. (1993). Modifications post-traductionnelles des protéines. Méthodes d’analyse des séquences de protéines, 167-172.
• Mann, M. et Jensen, ON (2003). Analyse protéomique des modifications post-traductionnelles. Biotechnologie de la nature, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M. et Sricholpech, M. (2012). Modifications post-traductionnelles de la lysine du collagène. Essais de biochimie, 52, 113-133.
• Seet, BT, Dikic, I., Zhou, MM et Pawson, T. (2006). Lecture des modifications protéiques avec les domaines d’interaction. Revues de la nature Biologie cellulaire moléculaire, 7 (7), 473-483.
• Seo, JW et Lee, KJ (2004). Modifications post-traductionnelles et leurs fonctions biologiques: analyse protéomique et approches systématiques. Rapports BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, NT et Omary, MB (2014). Modifications post-traductionnelles des protéines filamentaires intermédiaires: mécanismes et fonctions. Revues de la nature Biologie cellulaire moléculaire, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S. et Weber, K. (2003). Les modifications post-traductionnelles régulent la fonction des microtubules. Revues de la nature Biologie cellulaire moléculaire, 4 (12), 938-948.