Furine

Les convertases ubiquitaires Furine, PC7 et SKI-1/S1P

La furine, une protéine membranaire ubiquitaire, est initialement produite sous la forme d’un précurseur ∼104-kDa et est rapidement convertie en une forme active ∼98-kDa. Ce clivage autocatalytique, qui a lieu dans le RE, est une condition préalable à la sortie des molécules de furine matures du RE vers le TGN et la surface cellulaire. La furine et la PC5/6 semblent présenter une redondance partielle de leur sélectivité de clivage in vitro d’un certain nombre de substrats et une sensibilité à certains inhibiteurs de la serpine modifiée, tels que l’α1-PDX ou leurs prolongements (Fig. 6). Les différents types de protéines sécrétées de manière constitutive traitées par les convertases de type furine sont illustrés dans le tableau 1. Dans le système nerveux central, la furine est responsable de la transformation d’un certain nombre de facteurs de croissance, notamment les neurotrophines pro-nerve growth factor (NGF) et brain derived neurotrophic factor (BDNF), ainsi que des protéines d’adhésion et de repérage des cellules neurales telles que L1-CAM et les sémaphorines.

L’inactivation du gène de la furine (Fur) chez la souris est létale, la mort survenant au jour embryonnaire 10,5-11 (E10,5-E11) en raison d’une insuffisance hémodynamique et de défauts de fermeture ventrale cardiaque. Les embryons mutants n’ont pas réussi à développer de gros vaisseaux malgré la présence de précurseurs de cellules endothéliales. Il a été démontré que le facteur de croissance transformant β1 est efficacement traité par la furine, et l’inactivation de son gène produit un phénotype similaire à celui des embryons nuls en furine. Un knock-out conditionnel dans le foie, avec une délétion de l’exon 2 dépendant de l’expression Cre du transgène Mx1-cre, a permis d’obtenir des souris Furflox/flox Tg(Mx1-cre) viables et presque sans phénotype. Cela a montré une certaine redondance avec les autres PC puisque certains substrats typiques de la furine ont été clivés dans une moindre mesure.

Différente des autres souris PC nulles, de multiples études sur les embryons de souris PC7 nulles n’ont révélé aucun phénotype anormal apparent dans des conditions de repos. Cela peut s’expliquer par le fait que l’expression de PC7 chevauche largement celle de furine. De nombreux rapports montrent que PC7 et la furine traitent les mêmes substrats, tels que le PDGF-AA, le PDGF-BB, le facteur de croissance endothélial vasculaire C et la protéine morphogénique osseuse. Alternativement, la convertase PC7 la plus conservée pourrait être impliquée dans le traitement d’un panel de substrats non essentiels. Cependant, une analyse minutieuse de PC7 KO chez la souris a révélé des anomalies comportementales liées à un excès de dopamine et à une perte partielle de l’activation du proBDNF en BDNF dans l’amygdale et l’hippocampe. Il s’agissait notamment d’une perte d’anxiété et de mémoire émotionnelle, soutenant un rôle in vivo de la PC7 dans la régulation de certains types de performances cognitives, en partie via le traitement du pro-BDNF. Des études GWAS humaines et des études biochimiques ont révélé que PC7 est une sheddase du récepteur de la transferrine lié à la membrane en une forme soluble circulante, soulignant le rôle de PC7 dans le métabolisme du fer.

SKI-1/S1P est une enzyme clé dans la régulation du métabolisme des lipides et l’homéostasie du cholestérol qui clive les facteurs de transcription sterol regulatory element binding proteins (SREBP-1 et SREBP-2). Ces dernières sont synthétisées sous forme de précurseurs comportant deux domaines transmembranaires séparés par une courte boucle luminale du RE et comprenant des domaines cytosoliques N- et C-terminaux. Ces précurseurs sont clivés de manière dépendante de la protéine SCAP (SREBP cleavage-activating protein) et du gène induit par l’insuline (Insig). Lorsque les niveaux de cholestérol cellulaire sont élevés, les protéines Insig-1 et/ou Insig-2 régulées par l’insuline se lient et retiennent le complexe SCAP-SREBP dans le RE. Lorsque les cellules sont privées de stérols, les Insigs se séparent, permettant le trans-port du complexe SREBP-SCAP vers l’appareil de Golgi. Là, un processus protéolytique en deux étapes commence avec SKI-1/S1P à la séquence R-X-V-L↓ (Fig. 2), puis la protéase du site 2 (S2P) libère les segments N-terminaux cytosoliques des SREBP des membranes cellulaires, permettant leur translocation vers le noyau (nSREBP), où ils activent la transcription de plus de 35 ARNm codant pour les protéines/enzymes nécessaires à la biosynthèse et à l’absorption du cholestérol et des acides gras insaturés, ainsi que pour le récepteur des lipoprotéines de basse densité (LDLR).

Similaire aux SREBP, le facteur de transcription de type II ancré dans le RE et lié à la membrane ATF6 joue un rôle majeur dans la réponse aux protéines non pliées. Dans des conditions normales, il est maintenu dans le RE par la chaperonne BIP, son domaine de liaison à l’ADN N-terminal étant tourné vers le cytosol et son extrémité COOH dans la lumière du RE. L’accumulation de protéines mal repliées dans le RE, qui peut être induite par la déplétion en calcium (thapsigargin) ou l’inhibition de la N-glycosylation (tunicamycine), conduit à une réponse de stress du RE qui entraîne la dissociation de BIP de proATF6. Ce dernier est alors transloqué de manière indépendante de SCAP vers le Golgi, où il est d’abord clivé par SKI-1 puis par S2P. Cela libère le domaine N-terminal cytosolique, qui atteint le noyau (nATF6) pour activer les gènes cibles du stress ER.

Les autres substrats membranaires de type II comprennent au moins six facteurs de transcription de type CREB basic leucine zipper. SKI-1/S1P SKI-1/S1P jouent également une fonction critique dans la biogenèse des lysosomes, via sa capacité à activer la sous-unité α/β précurseur de la GlcNAc-1-phosphotransférase, un complexe critique pour le tri de nombreuses hydrolases vers les lysosomes. Le BDNF est un substrat soluble et l’étude de sa transformation a conduit au clonage initial de SKI-1. Nous avons également montré que la pro-somatostatine soluble est clivée par SKI-1 pour libérer le peptide N-terminal antrine.

Les rôles essentiels joués par SKI-1/S1P sont évidents du fait que la délétion de son gène entraîne la mort embryonnaire aux premiers stades de la division cellulaire (c’est-à-dire du stade une à deux cellules), empêchant ainsi la formation de blastocystes. En utilisant des souris knock-out spécifiques des tissus du foie, le niveau de cholestérol total circulant a été réduit de 50 %, ce qui souligne son contrôle critique de la synthèse et de l’absorption du cholestérol. La suppression de l’expression de SKI-1/S1P, spécifiquement dans les chondrocytes (3.6 Col1-Cre), a entraîné une paralysie sévère des membres inférieurs, une queue raccourcie et des vertèbres lombaires supplémentaires. En revanche, une communication croisée entre l’os et le muscle a été élucidée lorsque SKI-1/S1P a été réduite au silence dans les ostéocytes, puisque cela a permis de stimuler la régénération du muscle soléaire et d’augmenter la taille et la force contractile du muscle avec l’âge. L’importance critique de cette enzyme dans le système nerveux central est devenue évidente à partir d’une étude du traitement de la molécule de guidage répulsif (RGMa) par SKI-1/S1P et la furine, révélant leur implication dans la croissance axonale, et que le clivage de RGMa est essentiel pour l’inhibition de la croissance externe médiée par la néogénine. Le gène SKI-1/S1P (MBTPS1) ne s’est pas révélé polymorphe et, jusqu’à présent, aucune variation polymorphe d’un seul nucléotide n’a été identifiée qui pourrait être génétiquement associée à une pathologie connue, soulignant probablement la nécessité d’éliminer plus de 80 % de son activité avant qu’un quelconque phénotype ne soit observé, et la létalité associée à sa perte de fonction complète.