ADÉNYLATE CYCLASE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

L' adénylate cyclase ou adénylyl cyclase est l'enzyme responsable de la conversion de l'ATP, une molécule de haute énergie en AMP cyclique, une molécule de signalisation importante qui active diverses protéines dépendant de l'AMP cyclique avec des fonctions physiologiques importantes.

Son activité est contrôlée par divers facteurs tels que, par exemple, l'action concertée d'hormones, de neurotransmetteurs et d'autres molécules régulatrices de nature différente (ions calcium divalents et protéines G, pour n'en citer que quelques-uns).

Diagramme de l'adénylate cyclase (Source: User Bensaccount sur en.wikipedia via Wikimedia Commons)

L'importance principale de cette enzyme réside dans l'importance du produit de la réaction qu'elle catalyse, l'AMP cyclique, car elle participe au contrôle de nombreux phénomènes cellulaires liés au métabolisme et au développement, ainsi qu'à la réponse à différents stimuli externes.

Dans la nature, tant les organismes unicellulaires (relativement simples) que les animaux multicellulaires grands et complexes utilisent l'AMP cyclique comme second messager, et donc les enzymes qui le produisent.

Les études phylogénétiques établissent que ces enzymes sont dérivées d'un ancêtre commun avant la séparation des eubactéries et des eucaryotes, suggérant que l'AMP cyclique avait des fonctions différentes, peut-être liées à la production d'ATP.

Il est possible d'accepter une telle affirmation, car la réaction catalysée par l'adénylate cyclase est facilement réversible, ce qui peut être vu dans la constante d'équilibre pour la synthèse d'ATP (K eq ≈ 2,1 ± 0,2 10 -9 M 2).

Caractéristiques et structure

La plupart des enzymes adénylate cyclase eucaryotes sont associées à la membrane plasmique, mais dans les bactéries et les spermatozoïdes de mammifères, elles se trouvent sous forme de protéines solubles dans le cytosol.

Chez la levure et certaines bactéries, ce sont des protéines membranaires périphériques, tandis que chez certaines espèces d'amibes, ce sont des molécules avec un seul segment transmembranaire.

Caractéristiques structurelles

Ce sont des protéines composées de grandes chaînes polypeptidiques (de plus de 1000 résidus d'acides aminés), qui traversent la membrane plasmique 12 fois à travers deux régions composées de six domaines transmembranaires de conformation en hélice alpha.

Chaque région transmembranaire est séparée par un grand domaine cytosolique, qui est responsable de l'activité catalytique.

Parmi les organismes eucaryotes, il existe des motifs conservés dans un fragment de la région amino-terminale de ces enzymes, ainsi qu'un domaine cytoplasmique d'environ 40 kDa, qui est délimité par les sections hydrophobes.

Site catalytique

La réaction que ces enzymes catalysent, c'est-à-dire la formation d'une liaison diester par une attaque nucléophile du groupe OH en position 3 'au groupe phosphate du nucléoside triphosphate en position 5', dépend d'un motif structurel commun connu sous le nom de domaine Paume".

Ce domaine «palm» est composé d'un motif «βαβααβ» («β» signifiant les feuilles pliées en β et «α» les hélices alpha) et possède deux résidus d'acide aspartique invariables qui coordonnent les deux ions métalliques responsables catalyse, qui peut être des ions magnésium ou zinc bivalents.

De nombreuses études liées à la structure quaternaire de ces enzymes ont révélé que leur unité catalytique existe sous la forme d'un dimère dont la formation dépend des segments transmembranaires, qui se rejoignent dans le réticulum endoplasmique lors de la formation de la protéine.

Emplacement

Il a été déterminé que, comme de nombreuses protéines membranaires intégrales, telles que les protéines G, celles avec des ancres phosphatidylinositol et bien d'autres, les adényl cyclases se trouvent dans des régions membranaires spéciales ou des micro-domaines connus sous le nom de "radeaux lipidiques" (de Anglais "lipid raft").

Ces domaines membranaires peuvent atteindre des centaines de nanomètres de diamètre et sont principalement composés de cholestérol et de sphingolipides avec de longues chaînes d'acides gras principalement saturés, ce qui les rend moins fluides et permet l'hébergement de segments transmembranaires de différents protéines.

Des adénylates cyclases ont également été trouvées associées à des sous-régions de radeaux lipidiques appelés "caveolae" (de l'anglais "caveolae"), qui sont plutôt des invaginations de la membrane riche en cholestérol et une protéine associée à cette cavéoline.

Les types

Dans la nature, il existe trois classes bien définies d'adénylate cyclase et deux qui font actuellement l'objet de discussions.

- Classe I: ils sont présents dans de nombreuses bactéries Gram-négatives comme E. coli, par exemple, où le produit AMP cyclique de la réaction a des fonctions de ligand pour des facteurs de transcription responsables de la régulation des opérons cataboliques.

- Classe II: trouvé dans certains agents pathogènes de genres bactériens tels que Bacillus ou Bordetella, où ils servent de toxines extracellulaires. Ce sont des protéines activées par la calmoduline hôte (absente dans les bactéries).

- Classe III: dite classe «universelle» et sont phylogénétiquement apparentées aux guanylate cyclases, qui remplissent des fonctions similaires. Ils se trouvent à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes, où ils sont régulés par différentes voies.

Adénylate cyclases de mammifères

Chez les mammifères, au moins neuf types de ces enzymes ont été clones et décrits, codés par neuf gènes indépendants et appartenant à l'adényl cyclase de classe III.

Ils partagent des structures complexes et des topologies membranaires, ainsi que les domaines catalytiques dupliqués qui les caractérisent.

Pour les mammifères, la nomenclature utilisée pour désigner les isoformes correspond aux lettres AC (pour l'adénylate cyclase) et à un nombre de 1 à 9 (AC1 - AC9). Deux variantes de l'enzyme AC8 ont également été rapportées.

Les isoformes présentes chez ces animaux sont homologues en ce qui concerne la séquence de la structure primaire de leurs sites catalytiques et la structure tridimensionnelle. L'inclusion d'une de ces enzymes au sein de chaque «type» est principalement liée aux mécanismes de régulation qui opèrent sur chaque isoforme.

Ils ont des modèles d'expression qui sont souvent spécifiques aux tissus. Toutes les isoformes peuvent être trouvées dans le cerveau, bien que certaines soient limitées à des zones spécifiques du système nerveux central.

Caractéristiques

La fonction principale des enzymes appartenant à la famille des adénylates cyclases est de transformer l'ATP en AMP cyclique et pour cela, elles catalysent la formation d'une liaison diester 3'-5 'intramoléculaire (réaction similaire à celle catalysée par les ADN polymérases). avec la libération d'une molécule de pyrophosphate.

Chez les mammifères, les différentes variantes réalisables sont liées à la prolifération cellulaire, à la dépendance à l'éthanol, à la plasticité synaptique, à la pharmacodépendance, au rythme circadien, à la stimulation olfactive, à l'apprentissage et à la mémoire.

Certains auteurs ont suggéré que les adénylate cyclases pourraient avoir une fonction supplémentaire en tant que molécules de transport ou, ce qui est pareil, protéines de canal et transporteurs ioniques.

Cependant, ces hypothèses n'ont été testées que sur la base de l'agencement ou de la topologie des segments transmembranaires de ces enzymes, qui partagent certaines homologies ou similitudes structurelles (mais pas de séquence) avec certains canaux de transport d'ions.

L'AMP cyclique et le PPi (pyrophosphate), qui sont les produits de la réaction, ont des fonctions au niveau cellulaire; mais leur importance dépend de l'organisme où ils se trouvent.

Régulation

La grande diversité structurelle parmi les adényl cyclases démontre une grande sensibilité à de multiples formes de régulation, ce qui leur permet de s'intégrer dans une grande variété de voies de signalisation cellulaire.

L'activité catalytique de certaines de ces enzymes dépend des alpha-cétoacides, tandis que d'autres ont des mécanismes de régulation beaucoup plus complexes impliquant des sous-unités régulatrices (par stimulation ou inhibition) qui dépendent, par exemple, du calcium et d'autres facteurs généralement solubles, ainsi que d'autres protéines.

De nombreuses adénylate cyclases sont régulées négativement par des sous-unités de certaines protéines G (inhibent leur fonction), tandis que d'autres exercent des effets plus activateurs.

Références

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