Protéine activant la GTPase - GTPase-activating protein

Les protéines activatrices de la GTPase ou protéines accélératrices de la GTPase ( GAP ) sont une famille de protéines régulatrices dont les membres peuvent se lier aux protéines G activées et stimuler leur activité GTPase , avec pour résultat la fin de l'événement de signalisation. Les GAP sont également connus sous le nom de protéine RGS , ou protéines RGS, et ces protéines sont cruciales pour contrôler l'activité des protéines G. La régulation des protéines G est importante car ces protéines sont impliquées dans une variété de processus cellulaires importants. Les grandes protéines G, par exemple, sont impliquées dans la transduction de la signalisation à partir du récepteur couplé à la protéine G pour une variété de processus de signalisation comme la signalisation hormonale, et les petites protéines G sont impliquées dans des processus comme le trafic cellulaire et le cycle cellulaire. Le rôle de GAP dans cette fonction est de désactiver l'activité de la protéine G. En ce sens, la fonction des GAP est opposée à celle des facteurs d'échange de nucléotides guanine (GEF), qui servent à améliorer la signalisation de la protéine G.

Mécanisme

Les GAP sont fortement liés à la famille des récepteurs liés aux protéines G. L'activité des protéines G vient de leur capacité à se lier à la guanosine triphosphate (GTP). La liaison de GTP modifie intrinsèquement l'activité des protéines G et augmente leur activité, par la perte de sous-unités inhibitrices. Dans cet état plus actif, les protéines G peuvent se lier à d'autres protéines et activer des cibles de signalisation en aval. L'ensemble de ce processus est régulé par les GAP, qui peuvent réguler à la baisse l'activité des protéines G.

Les protéines G peuvent faiblement hydrolyser le GTP, brisant une liaison phosphate pour produire du PIB. Dans l'état lié au PIB, les protéines G sont ensuite inactivées et ne peuvent plus se lier à leurs cibles. Cette réaction d'hydrolyse, cependant, se produit très lentement, ce qui signifie que les protéines G ont un minuteur intégré pour leur activité. Les protéines G ont une fenêtre d'activité suivie d'une hydrolyse lente, ce qui les désactive. GAP accélère ce minuteur de protéine G en augmentant l'activité hydrolytique de GTPase des protéines G, d'où le nom de protéine d'activation de la GTPase.

Les protéines G ont une activité hydrolytique inhérente à la GTPase qui est lente. Cependant, en présence de GAP, cette activité hydrolytique est rapide.

On pense que les GAP servent à faire du GTP sur la protéine G un meilleur substrat pour l'attaque nucléophile et à réduire l'énergie de l'état de transition pour la réaction d'hydrolyse. Par exemple, de nombreux GAP des petites protéines G ont un domaine en forme de doigt conservé, généralement un doigt d'arginine , qui modifie la conformation de la protéine G liée au GTP pour orienter le GTP pour une meilleure attaque nucléophile par l'eau. Cela fait du GTP un meilleur substrat pour la réaction. De même, les BPA semblent induire une distribution de charge semblable au PIB dans le GTP consolidé. Parce que le changement de distribution de charge rend le substrat GTP plus semblable aux produits de la réaction, le GDP et le monophosphate, cela, avec l'ouverture de la molécule pour l'attaque nucléophile, abaisse la barrière énergétique de l'état de transition de la réaction et permet au GTP d'être hydrolysé plus facilement . Les GAP travaillent alors pour améliorer la réaction d'hydrolyse du GTP des protéines G. Ce faisant, ils accélèrent le minuteur intégré de la protéine G, qui inactive les protéines G plus rapidement, et avec l'inactivation des GEF, cela maintient le signal de la protéine G. Les BPA sont donc critiques dans la régulation des protéines G.

GAP travaille pour ouvrir la protéine G pour l'attaque nucléophile par l'eau et induire une distribution de charge de type GDP.

Spécificité aux protéines G

En général, les GAP ont tendance à être assez spécifiques pour leurs protéines G cibles. Le mécanisme exact de la spécificité de la cible n'est pas entièrement connu, mais il est probable que cette spécificité provienne de divers facteurs. Au niveau le plus élémentaire, la spécificité de la protéine GAP-à-G peut provenir simplement du moment et de l'emplacement de l'expression de la protéine. Le RGS9-1, par exemple, est spécifiquement exprimé dans les photorécepteurs en bâtonnets et cônes de la rétine oculaire, et est le seul à interagir avec les protéines G impliquées dans la phototransduction dans cette zone. Un certain GAP et une certaine protéine G sont exprimés au même moment et au même endroit, et c'est ainsi que la cellule assure la spécificité. Pendant ce temps, les protéines d'échafaudage peuvent également séquestrer le bon GAP à sa protéine G et améliorer les interactions de liaison appropriées. Ces interactions de liaison peuvent être spécifiques d'une protéine GAP et G particulière. De plus, les GAP peuvent avoir des domaines d'acides aminés particuliers qui ne reconnaissent qu'une protéine G particulière. La liaison à d'autres protéines G peut ne pas avoir les mêmes interactions favorables, et elles n'interagissent donc pas. Les GAP peuvent donc réguler des protéines G spécifiques.

Exemples et classification

EIF5 est une protéine activant la GTPase. En outre, YopE est un domaine protéique qui est une protéine activant la Rho GTPase (GAP), qui cible les petites GTPases telles que RhoA, Rac1 et Rac2.

Monomère

Les GAP qui agissent sur les petites protéines de liaison au GTP de la superfamille Ras ont des structures conservées et utilisent des mécanismes similaires,

Un exemple de GTPase est le monomère Ran , qui se trouve dans le cytosol ainsi que dans le noyau. On pense que l'hydrolyse du GTP par Ran fournit l'énergie nécessaire pour transporter les protéines nucléaires dans la cellule. Ran est activé et désactivé par les GEF et les GAP, respectivement.

Hétérotrimérique

La plupart des GAP qui agissent sur les sous-unités alpha des protéines G hétérotrimériques appartiennent à une famille distincte, la famille des protéines RGS .

Régulation

Alors que les GAP servent à réguler les protéines G, il existe également un certain niveau de régulation des GAP eux-mêmes. De nombreux GAP ont des sites allostériques qui servent d'interfaces avec les cibles en aval du chemin particulier qu'ils régulent. Par exemple, RGS9-1, le GAP dans les photorécepteurs d'en haut, interagit avec la cGMP phosphodiestérase (cGMP PDE), un composant en aval de la phototransduction dans la rétine. Lors de la liaison avec cGMP PDE, l'activité de RGS9-1 GAP est améliorée. En d'autres termes, une cible en aval de la signalisation induite par les photorécepteurs se lie et active l'inhibiteur de la signalisation, GAP. Cette liaison régulatrice positive des cibles en aval à GAP sert de boucle de rétroaction négative qui finit par désactiver la signalisation initialement activée. Les GAP sont régulés par des cibles de la protéine G qu'ils régulent.

Il existe également des exemples de mécanismes de régulation négatifs, où les cibles en aval de la signalisation de la protéine G inhibent les GAP. Dans les canaux potassiques contrôlés par la protéine G, le phosphatidylinositol 3, 4, 5-triphosphate (PIP3) est une cible en aval de la signalisation de la protéine G. PIP3 se lie et inhibe le RGS4 GAP. Une telle inhibition de GAP peut peut-être "amorcer" la voie de signalisation pour l'activation. Cela crée une fenêtre d'activité pour les protéines G une fois activées car le GAP est temporairement inhibé. Lorsque le canal potassique est activé, le Ca2 + est libéré et se lie à la calmoduline. Ensemble, ils déplacent PIP3 de GAP en se liant de manière compétitive au même site, et ce faisant, ils réactivent GAP pour désactiver la signalisation de la protéine G. Ce processus particulier démontre à la fois l'inhibition et l'activation de GAP par ses régulateurs. Il existe une diaphonie entre GAP et d'autres composants de la voie de signalisation qui régulent l'activité de GAP.

Il y a eu quelques découvertes suggérant la possibilité d'une diaphonie entre les BPA. Une étude récente a montré que le p120Ras GAP pouvait se lier au DLC1 Rho GAP au niveau de son domaine catalytique. La liaison du Ras GAP au Rho GAP inhibe l'activité du Rho GAP, activant ainsi la protéine Rho G. Un GAP sert de régulateur négatif d'un autre GAP. Les raisons d'une telle régulation croisée à travers les GAP ne sont pas encore claires, mais une hypothèse possible est que cette diaphonie à travers les GAP atténue le signal «off» de tous les GAP. Bien que le p120Ras GAP soit actif, inhibant par conséquent cette voie particulière, d'autres processus cellulaires peuvent encore se poursuivre car il inhibe d'autres GAP. Cela peut garantir que l'ensemble du système ne s'arrête pas à partir d'un seul signal d' arrêt . L'activité GAP est très dynamique et interagit avec de nombreux autres composants des voies de signalisation.

Associations de maladies et pertinence clinique

L'importance des GAP vient de sa régulation des protéines G. cruciales. Beaucoup de ces protéines G sont impliquées dans le cycle cellulaire et, en tant que telles, sont des proto-oncogènes connus . La superfamille Ras des protéines G, par exemple, a été associée à de nombreux cancers car Ras est une cible commune en aval de nombreux facteurs de croissance comme le FGF ou le facteur de croissance des fibroblastes. Dans des conditions normales, cette signalisation induit finalement une croissance et une prolifération cellulaire régulées. Cependant, à l'état cancéreux, une telle croissance n'est plus régulée et entraîne la formation de tumeurs.

Normalement, les protéines G sont régulées par GAP, ce qui entraîne une division cellulaire contrôlée.

Souvent, ce comportement oncogène est dû à une perte de fonction des GAP associées à ces protéines G ou à une perte de la capacité de la protéine G à répondre à son GAP. Avec le premier, les protéines G sont incapables d'hydrolyser la GTP rapidement, ce qui entraîne une expression soutenue de la forme active des protéines G. Bien que les protéines G aient une faible activité hydrolytique, en présence de GEF fonctionnels, les protéines G inactivées sont constamment remplacées par des protéines activées car les GEF échangent du PIB contre du GTP dans ces protéines. En l'absence de BPA pour freiner l'activité de la protéine G, cela se traduit par des protéines G constitutivement actives, une croissance cellulaire non régulée et un état cancéreux. Dans le cas de ce dernier, une perte de la capacité de la protéine G à répondre au GAP, les protéines G ont perdu leur capacité à hydrolyser le GTP. Avec une enzyme protéique G non fonctionnelle, les GAP ne peuvent pas activer l'activité GTPase et la protéine G est active de manière constitutive. Cela entraîne également une croissance cellulaire non régulée et un cancer. Les exemples de dysfonctionnement de GAP sont omniprésents sur le plan clinique. Certains cas impliquent une expression diminuée du gène GAP. Par exemple, certains cas récemment caractérisés de cellules cancéreuses papillaires de la thyroïde chez des patients montrent une expression diminuée de Rap1GAP, et cette expression est apparemment causée par une expression diminuée de l'ARNm de GAP, montrée par des expériences de qRT-PCR. Dans ce cas, il semble y avoir une perte d'expression du gène Rap1GAP appropriée. Dans un autre cas, l'expression du Ras GAP est perdue dans plusieurs cancers en raison d'un mauvais silençage épigénétique du gène. Ces cellules ont des méthylations CpG près du gène qui, en fait, font taire la transcription du gène. La régulation des protéines G est perdue car le régulateur est absent, ce qui entraîne un cancer.

Sans GAP, les protéines G sont constitutivement actives en raison de leur faible activité hydrolytique et les GEF remplacent constamment le GDP par le GTP. Cela entraîne une division cellulaire non régulée et la formation de tumeurs.

D'autres cancers montrent une perte de sensibilité de la protéine G aux GAP. Ces protéines G acquièrent des mutations faux-sens qui perturbent l'activité GTPase inhérente aux protéines. Les protéines G mutantes sont toujours liées par les GAP, mais l'amélioration de l'activité GTPase par les GAP n'a pas de sens lorsque l'activité GTPase de la protéine G elle-même est perdue. GAP fonctionne pour activer une enzyme hydrolytique non fonctionnelle. Les cellules cancéreuses de la vessie T24, par exemple, se sont avérées avoir une mutation faux-sens, G12V, résultant en une protéine Ras constitutivement active. Malgré la présence du régulateur de la protéine G, la régulation est perdue en raison d'une perte de fonction de la protéine G elle-même. Cette perte de fonction se manifeste également par le cancer. Les BPA et leur interaction avec les protéines G sont donc très importantes sur le plan clinique et sont des cibles potentielles pour les thérapies anticancéreuses.

Les protéines G sans activité hydrolytique ne peuvent pas hydrolyser le GTP lié. Les GAP ne peuvent pas activer une enzyme non fonctionnelle, et la protéine G est constitutivement active, ce qui entraîne une division cellulaire non régulée et la formation de tumeurs.

Références

Liens externes