Résumé
Alors que la synthèse des protéines a été et est toujours l’objet d’incessantes enquêtes, leur dégradation, connue sous le nom de protéolyse, est comparativement moins étudiée. La protéolyse est sous double commande : l’autophagie, assurée par les lysosomes et le système Ubiquitine-Protéasome (UPS). L’UPS met en jeu l‘ubiquitine, une petite molécule de soixante-seize acides-aminés, présent dans toutes les cellules eucaryotes, qui assure l’identification (ou mieux l’adressage) de la protéine à dégrader et son transport vers le protéasome. Celui-ci, tel un composteur, en assure la dissection enzymatique. Cette dégradation, telle une vis sans fin, libère l’ubiquitine, les peptides et acides-aminés qui deviennent disponibles pour un nouveau cycle. Pour faire obstacle à une activité protéasique spontanée et indésirable, ces systèmes sont finement régulés par une cascade d’activités enzymatiques. Celles-ci se comptent par plusieurs centaines et représentent des « points faibles » et ouvrent des possibilités thérapeutiques. Parallèlement aux lysosomes qui « travaillent » en milieu acide, le système UPS assure 80 à 90 % de la protéolyse des protéines à vie brève et veille en permanence, comme les molécules chaperons, à la bonne conformation, donc à la fonction des protéines cellulaires. La protéolyse laisse sur place des déchets, des scories, qui, s’ils sont insolubles, précipitent sous forme de corps inclus ou aggregosomes. Répertoriés depuis longtemps par les pathologistes, ils intéressent plus particulièrement les cellules à vie longue : neurones, histiocytes, cellules musculaires, etc. Les dépôts pigmentaires, faits de résidus lipidiques peroxydés représentent le chef de file de ces inclusions, dont la composition chimique est infiniment variable et ne peut servir de base scientifique à une classification. Les défaillances de ces systèmes de clairance sont nombreuses et varient avec la durée de vie des cellules atteintes et surtout le type de protéolyse. Il est proposé de séparer :
– Les défaillances lysosomiales. Ce sont des affections héréditaires. Elles touchent toutes les cellules, qui sont peu ou prou encombrées de dépôts d’un matériel homogène non ou mal métabolisé. Elles frappent essentiellement les sujets jeunes ;
– Les défaillances du système UPS. Contrairement aux précédentes, ces affections sont sporadiques. Liées à l’accumulation avec le temps de sous-produits hétérogènes et éventuellement cytotoxiques, elles frappent essentiellement les cellules à vie longue, en particulier les cellules nerveuses et affectent avant tout les sujets âgés. À titre d’hypothèse, les principales maladies neurodégénératives, de la DMLA, avec ses Drusen, à la maladie de Parkinson et d’Alzheimer peuvent trouver leur origine dans une défaillance de ce système.
Summary
Although intracellular protein synthesis has been studied extensively, protein degradation
and disposal, kwown as proteolysis, has been relatively neglected. Modern studies which led two Nobel prizes (de Duve in 1950 and Herschko, Rose and Ciechanover in 1980) established that proteolysis is ensured by two separate but complementary mechanisms: lysosomes responsible for auto and heterophagy and the Ubiquitin-Proteasome System (UPS).
The UPS involves ubiquitin, a small molecule consisting of 76 amino acids found in all
eukaryotic cells that ensures the identification of the protein to be degraded and its transport to the proteasome, an intracellular complex with enzymes which degrade unneeded or damaged proteins.The proteasome, acting as a composting agent, ensures the enzymatic dissociation of the protein. In this degradation process, as infinite screw, ubiquitin, peptides and amino acids are released and made available for a new cycle. Knowledge of the UPS and its related disorders is continually expanding. Concurrent with lysosomes which work in acidic environment, it is currently known that the UPS provides 80 % to 90 % of the proteolysis of the short-life proteins and ensures, as chaperon-molecules, the right conformation and hence the correct function of the proteins. The proteolytic activity generates abnormal residues (tau protein, amyloïd and related proteins) and various soluble and insoluble wastes. Some are precipitated as inclusion-bodies or aggregosomes, identified years ago by pathologists. These aggregosomes affect almost exclusively long-lived cells (nervous and muscular, macophages). Pigment deposits, such as lipofuscines made by the peroxydation of cell membranes, are the most abundant. Due to their diverse chemical composition, they cannot be empoyed for a scientific classification. Failures of these systems are numerous. They vary not according to the chemical nature of the abnormal protein and wastes but the life span of the targeted cells and the nature of proteolysis. In this article, therefore, the following distinction should be made :
— Lysosomal failures. They represent hereditary metabolic disorders involving all ategories of cells. They are characterized by the accumulation of homogeneous aterial related to the underlying disease. Young people are predominantly affected.
— UPS failures. They represent sporadic conditions principally involving long-lived cells.
The accumulated material is heterogeneous, compsed of abnormal proteins and various
« garbage-like » waste, including pigments. The elderly are predominatly affected, suggesting an epigenetic wear and tear process. Hypothetically, most the sporadic neurodegenerative diseases, from retinal macular degeneration and its associated drüsen to Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease may represent fairly good examples of the UPS deficit.
Bull. Acad. Natle Méd., 2012, 196, no 8, 1587-1598, séance du 13 novembre 2012
