Citrullination - Citrullination
La citrullination ou déimination est la conversion de l' acide aminé arginine d'une protéine en acide aminé citrulline . La citrulline n'est pas l'un des 20 acides aminés standard codés par l'ADN dans le code génétique . C'est plutôt le résultat d'une modification post-traductionnelle . La citrullination est distincte de la formation de l'acide aminé libre citrulline dans le cadre du cycle de l' urée ou en tant que sous-produit d'enzymes de la famille de l'oxyde nitrique synthase .
Des enzymes appelées arginine désiminases ( ADI ) catalysent la déimination de l'arginine libre, tandis que les protéines arginine désiminases ou peptidylarginine désiminases (PAD) remplacent le groupe cétimine primaire (>C=NH) par un groupe cétone (>C=O). L'arginine est chargée positivement à un pH neutre, tandis que la citrulline n'a pas de charge nette. Cela augmente l'hydrophobie de la protéine, ce qui peut entraîner des changements dans le repliement des protéines , affectant la structure et la fonction.
Le système immunitaire peut attaquer les protéines citrullinées, entraînant des maladies auto-immunes telles que la polyarthrite rhumatoïde (PR) et la sclérose en plaques (SEP). La fibrine et le fibrinogène peuvent être des sites privilégiés pour la déimination de l'arginine dans les articulations rhumatoïdes. Les tests de détection de la présence d'anticorps anti-protéine citrullinée (ACP) sont hautement spécifiques (88 à 96 %) pour la polyarthrite rhumatoïde, à peu près aussi sensibles que le facteur rhumatoïde (70 à 78 %) pour le diagnostic de la PR, et sont détectables avant même l'apparition de la maladie clinique.
La vimentine citrullinée peut être un auto-antigène dans la PR et d'autres maladies auto-immunes, et est utilisée pour étudier la PR. De plus, les anticorps contre la vimentine citrullinée mutée (MCV) peuvent être utiles pour surveiller les effets du traitement contre la PR. Un système ELISA utilise de la vimentine citrullinée génétiquement modifiée (MCV), une isoforme naturelle de la vimentine pour améliorer les performances du test.
Dans la réaction de l'arginine à la citrulline, l'un des atomes d' azote terminaux de la chaîne latérale de l'arginine est remplacé par un oxygène . Ainsi, la charge positive de l'arginine (au pH physiologique) est supprimée, altérant la structure tertiaire de la protéine . La réaction utilise une molécule d' eau et donne de l' ammoniac comme produit secondaire :
Sous-types de PAD
Les PAD se trouvent chez les cordés mais pas chez les animaux inférieurs. Chez les mammifères, cinq isotypes de PAD – PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 et PAD6 – ont été trouvés. On pensait que PAD5 était un isotype unique chez l'homme, mais il s'est avéré qu'il était homologue à PAD4. Ces isotypes diffèrent par leur distribution tissulaire et cellulaire.
L'expression de PAD1 a été détectée dans l'épiderme et l'utérus, et elle agit dans la citrullination de la kératine et de la filaggrine , composants clés des kératinocytes .
PAD2 est exprimé à un niveau élevé dans le système nerveux central (SNC), y compris l'œil et le cerveau, ainsi que dans les muscles squelettiques et la rate. Des transcrits de PAD ont été trouvés dans les yeux de souris C57BL6/J dès le jour embryonnaire 14.5. Il a également été démontré que PAD2 interagit avec la vimentine dans les muscles squelettiques et les macrophages, provoquant le désassemblage des filaments, suggérant un rôle dans l' apoptose .
L'un des substrats cibles de PAD2 est la protéine basique de la myéline (MBP). Dans la rétine normale , la déimination se trouve dans presque toutes les couches rétiniennes, y compris les photorécepteurs . La déimination a également été rapportée dans les cellules neuronales, telles que les astrocytes , les microglies et les oligodendrocytes , les cellules de Schwann et les neurones . La méthylation et la phosphorylation de la MBP sont actives au cours du processus de myélinogenèse . Au début du développement du SNC de l'embryon, la déimination de la MBP joue un rôle majeur dans l'assemblage de la myéline. Chez l'adulte, la déimination de la MBP se retrouve dans les maladies de démyélinisation telles que la sclérose en plaques. La MBP peut affecter différents types de cellules dans chaque cas.
L'expression de PAD3 a été liée à la modification de la laine de mouton. La citrullination de la trichohyaline lui permet de lier et de réticuler les filaments de kératine, dirigeant la croissance de la fibre de laine.
PAD4 régule l'expression des gènes par des modifications d' histones . L'ADN est enroulé autour des histones et les protéines histones peuvent contrôler l'expression de l'ADN lorsque des groupes chimiques sont ajoutés et supprimés. Ce processus est connu sous le nom de traitement post-traductionnel ou de modification post-traductionnelle, car il a lieu sur la protéine après la traduction de l'ADN. Le rôle du traitement post-traductionnel dans la régulation des gènes fait l'objet d'un domaine d'étude en pleine croissance, l' épigénétique . Un mécanisme de modification est la méthylation . Un groupe méthyle (CH 3 ) se lie à une arginine sur la protéine histone, altérant la liaison de l'ADN à l'histone et permettant la transcription. Lorsque le PAD convertit l'arginine en citrulline sur une histone, il bloque la méthylation supplémentaire de l'histone, inhibant la transcription. L'isotype principal pour cela est PAD4, qui déimine les arginines et/ou les arginines monométhylées sur les histones 3 et 4, désactivant les effets de la méthylation de l'arginine.
Maladies auto-immunes
Dans la polyarthrite rhumatoïde et d'autres maladies auto-immunes, telles que l'arthrite psoriasique, le lupus érythémateux disséminé et le syndrome de Sjögren, les auto-anticorps attaquent souvent les protéines citrullinées. La présence d' anticorps anti-protéine citrullinée est un test standard pour la polyarthrite rhumatoïde, et elle est associée à une maladie plus grave. Des protéines citrullinées se retrouvent également dans les débris cellulaires accompagnant la destruction des cellules dans la maladie d'Alzheimer , et après avoir fumé des cigarettes. La citrullination semble donc faire partie du mécanisme qui stimule le système immunitaire dans les maladies auto-immunes. Cependant, des protéines citrullinées peuvent également être trouvées dans la muqueuse saine du côlon .
Le premier manuel complet sur la déimination a été publié en 2014.
Détection de peptides et protéines citrullinés
Les peptides et protéines citrullinés peuvent être détectés à l'aide d'anticorps ciblant les résidus citrullinés, ou détectés à l'aide de technologies de protéomique basées sur la spectrométrie de masse . La citrullination de l'arginine entraîne une augmentation de masse monoisotopique de +0,984016 Da, qui peut être mesurée par spectrométrie de masse . Le décalage de masse est proche de la différence de masse entre les différents isotopes peptidiques de +1.008665 qui peut être confondu avec un peptide citrulliné, en particulier sur les instruments à basse résolution. Cependant, c'est moins un problème avec les spectromètres de masse modernes à haute résolution/haute précision. De plus, le déplacement de masse est identique au déplacement de masse provoqué par la désamidation de la chaîne latérale d' acide aminé asparagine ou glutamine , qui sont des modifications courantes.
Les résidus de citrulline peuvent être modifiés chimiquement avec de la butanedione ou par biotinylation avant l'analyse, conduisant à un changement de masse différent, et cette stratégie a été utilisée avec succès pour faciliter l'identification par spectrométrie de masse .
Une autre approche consiste à utiliser la perte neutre d' acide isocyanique (HNCO) des résidus de citrulline lorsqu'ils sont soumis à une fragmentation par dissociation induite par collision à basse énergie dans des spectromètres de masse. La perte provoque un décalage de masse de -43,0058 Da, qui peut être utilisé par des spectromètres de masse pour sélectionner principalement des peptides citrullinés pour la fragmentation (séquençage).
Enfin, la perte de charge positive à pH physiologique provoquée par la citrullination peut être exploitée. Avant l' analyse protéomique ascendante , les protéines sont clivées par voie enzymatique en peptides. Généralement, la protéase trypsine est utilisée, qui se clive après les résidus d' arginine et de lysine chargés positivement . Cependant, la trypsine est incapable de cliver après un résidu citrulline qui est neutre. Un clivage manqué après un résidu de citrulline avec le décalage de masse correct peut être utilisé comme marqueur spécifique et sensible pour la citrullination, et la stratégie est compatible avec les flux de travail protéomique ascendants standard .