Fonction et régulation de la protéine ICAP-1alpha dans la ...

tel-00435843, version 1 - 24 Nov 2009
II.1.2. La CaMKII, structure et activation
Le calcium intracellulaire se lie à de nombreuses protéines comme la calbindine et la
calréticuline qui agissent comme tampon en limitant la diffusion de calcium aux protéines
comme la calmoduline et la troponine qui initient de nombreuses voies de signalisation
(Clapham 2007). La liaison du calcium à la calmoduline induit un changement
conformationnel de la calmoduline exposant des résidus hydrophobes qui favorisent
l’interaction du complexe Ca 2+ /calmoduline à de nombreuses cibles protéiques permettant
alors la régulation de leur fonction (Chin and Means 2000). Parmi ces cibles, la famille des
protéines sérine/thréonine kinases dépendantes du complexe Ca 2+ /calmoduline ou CaMKs
(Ca 2+ /calmoduline kinases) a été particulièrement étudiée du fait de leur expression abondante
dans le cerveau où elles jouent un rôle clé, avec la calcineurine, dans la plasticité synaptique
et le stockage de la mémoire (Wayman, Lee et al. 2008). Les CaMKs interviennent également
dans d’autres processus physiologiques comme la contraction musculaire (Chin 2005).
Cette famille inclue la phosphorylase kinase, la MLCK (Myosin-Light Chain Kinase), la
CaMK-Kinase et les CaM kinases de type I, II, III et IV. Ces kinases sont classées selon leur
type de substrats : unique (phosphorylase kinase, CaMKIII et MLCK) ou multiples (CaMKI,
II, KK et IV), elles sont alors multifonctionnelles. Les membres de ces deux groupes
présentent des domaines similaires. L’architecture générale des CaMKs se compose d’un
domaine catalytique en partie N-terminale suivi d’un domaine régulateur superposé à un motif
de liaison à la calmoduline. Dans le cas de la phosphorylase kinase et de la CaMKII, un
domaine d’association en région C-terminale est essentiel à la multimérisation (Figure 21A)
(Hudmon and Schulman 2002). La CaMKII est la mieux caractérisée parmi les CaMKs
multifonctionnelles. C’est une holoenzyme multimérique composée de 12 à 14 sous-unités
codées par 4 gènes indépendants, α, β, γ, δ (un épissage alternatif additionnel de ces gènes
produit 24 polypeptides différents). Chaque type cellulaire exprime au moins une isoforme de
la CaMKII. La multimérisation de la CaMKII lui confère une structure en vole-au-vent.
En absence de Ca 2+ /calmoduline, le domaine catalytique est inhibé par le domaine régulateur
qui contient une séquence jouant le rôle de pseudo-substrat (Figure 21B) (Colbran, Fong et al.
1988; Colbran, Smith et al. 1989; Yang and Schulman 1999). Il existe d’autres interactions
intramoléculaires qui bloquent l’activité catalytique de la CaMKII. La liaison du complexe
Ca 2+ /calmoduline sur le domaine régulateur rompt ces interactions (Waxham, Tsai et al. 1998;
Yang and Schulman 1999). Le site catalytique libéré peut alors fixer ses substrats. La liaison
simultanée du Ca 2+ /calmoduline sur les sous-unités adjacentes du multimère de CaMKII
induit la phosphorylation en trans de la thréonine 287 (286 dans la cas de l’isoforme α) du
domaine régulateur (Mukherji and Soderling 1994; Fujisawa 2001). Cette phosphorylation
augmente l’affinité de la CaMKII pour le complexe Ca 2+ /calmoduline d’environ 1000 fois
(Bradshaw, Kubota et al. 2003). La calmoduline est piégée par l’autophosphorylation de sorte
que la kinase demeure pleinement active même lorsque le niveau de calcium intracellulaire se
réduit (Waxham, Tsai et al. 1998). Ce phénomène particulier permet d’intégrer une fréquence
calcique en modifiant l’activité enzymatique de la CaMKII et apparaît essentiel dans le
processus neuronal de la mémoire (Lisman 1994). D’autre part, elle permet une activité
autonome de la CaMKII indépendamment du Ca 2+ /calmoduline en rompant l’interaction entre
le domaine régulateur et le domaine catalytique (Lou, Lloyd et al. 1986; Schworer, Colbran et
al. 1986; Giese, Fedorov et al. 1998; Hudmon and Schulman 2002). Ainsi, des élévations
périodiques et transitoires de calcium intracellulaire peuvent générer une réponse prolongée
par l’activité constitutive de la CaMKII autophosphorylée lui conférant ainsi la capacité de
conserver une mémoire de son activité. La CaMKII peut également subir une autophosphorylation
indépendamment du complexe Ca 2+ /calmoduline selon deux mécanismes.
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