MÉTALLOPROTÉINASES: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS ET TYPES - LA BIOLOGIE - 2025

Les métalloprotéinases ou métalloprotéases sont des enzymes qui dégradent les protéines et nécessitent la présence d'un atome métallique pour avoir une activité. Le bras exécutif de toutes les activités exercées par une cellule sont des enzymes.

Bien que de nombreuses protéines jouent un rôle structurel, un grand nombre, sinon la plupart, présentent une certaine activité catalytique. Un groupe de ces enzymes est responsable de la dégradation d'autres protéines.

Structure de la métalloprotéine MMP2. Tiré et édité de Emw, de Wikimedia Commons.

Collectivement, ces enzymes sont appelées protéases ou protéases. Le groupe de protéases qui nécessitent un atome métallique pour être actif est appelé métalloprotéinases.

Caractéristiques

Les protéases, en général, remplissent un groupe important et nombreux de tâches dans une cellule. La tâche la plus globale de toutes est de permettre le renouvellement des protéines présentes dans une cellule.

Autrement dit, éliminer les anciennes protéines et permettre leur remplacement par de nouvelles protéines. De nouvelles protéines sont synthétisées de novo sur les ribosomes au cours du processus de traduction.

Le rôle le plus important des métalloprotéinases, en particulier, est de réguler le comportement de la cellule. Ceci est réalisé par ce groupe particulier de protéases en contrôlant la présence et le temps de présence de régulateurs transcriptionnels, de médiateurs de réponse, de récepteurs, de protéines membranaires structurelles et d'organites internes, etc.

Selon leur mode de dégradation, les protéases, y compris les métalloprotéinases, sont classées en endoprotéases (métalloendoprotéases) ou en exoprotéases (métalloexoprotéases).

Les premiers dégradent les protéines à une extrémité de la protéine (c'est-à-dire, amino ou carboxyle). Les endoprotéases, par contre, coupent l'intérieur de la protéine avec une certaine spécificité.

Caractéristiques générales des métalloprotéinases

Les métalloprotéinases sont peut-être le groupe de protéases le plus diversifié parmi les six qui existent. Les protéases sont classées selon leur mécanisme catalytique. Ces groupes sont les protéases de la cystéine, de la sérine, de la thréonine, de l'acide aspartique, de l'acide glutamique et des métalloprotéinases.

Toutes les métalloprotéinases nécessitent un atome métallique pour effectuer leur coupe catalytique. Les métaux présents dans les métalloprotéinases comprennent principalement le zinc, mais d'autres métalloprotéinases utilisent du cobalt.

Afin de remplir sa fonction, l'atome de métal doit être complexé de manière coordonnée à la protéine. Cela se fait à travers quatre points de contact.

Trois d'entre eux utilisent l'un des acides aminés chargés histidine, lysine, arginine, glutamate ou aspartate. Le quatrième point de coordination est constitué par une molécule d'eau.

Classification

L'Union internationale de biochimie et de biologie moléculaire a établi un système de classification des enzymes. Dans ce système, les enzymes sont identifiées par les lettres EC et un système de codage à quatre chiffres.

Le premier nombre identifie les enzymes selon leur mécanisme d'action et les divise en six grandes classes. Le deuxième chiffre les sépare en fonction du substrat sur lequel ils agissent. Les deux autres nombres effectuent des divisions encore plus spécifiques.

Puisque les métalloprotéinases catalysent les réactions d'hydrolyse, elles sont identifiées par le numéro EC4, selon ce système de classification. De plus, ils appartiennent à la sous-classe 4, qui abrite toutes les hydrolases agissant sur les liaisons peptidiques.

Les métalloprotéinases, comme le reste des protéinases, peuvent être classées selon le lieu de la chaîne polypeptidique qu'elles attaquent.

-Métaloprotéinases exopeptidases

Ils agissent sur les liaisons peptidiques des acides aminés terminaux de la chaîne polypeptidique. Toutes les métalloprotéinases qui ont deux ions métalliques catalytiques et certaines avec un seul ion métallique sont incluses ici.

-Métaloprotéinases endopeptidases

Ils agissent sur n'importe quelle liaison peptidique au sein de la chaîne polypeptidique résultant en deux molécules polypeptidiques de poids moléculaire inférieur.

Beaucoup de métalloprotéinases avec un seul ion métallique catalytique agissent de cette manière. Cela comprend les métalloprotéinases matricielles et les protéines ADAM.

Métalloprotéinases matricielles (MMP)

Ce sont des enzymes capables d'agir catalytiquement sur certains composants de la matrice extracellulaire. La matrice extracellulaire est l'ensemble de toutes les substances et matériaux qui font partie d'un tissu et qui se trouvent à l'extérieur des cellules.

Ils constituent un grand groupe d'enzymes présentes dans les processus physiologiques et participent aux altérations morphologiques et fonctionnelles de nombreux tissus.

Dans les muscles squelettiques, par exemple, ils jouent un rôle très important dans la formation, le remodelage et la régénération du tissu musculaire. Ils agissent également sur les différents types de collagènes présents dans la matrice extracellulaire.

Collagénases (MMP-1, MMP-8, MMP-13, MMP-18)

Enzymes hydrolytiques qui agissent sur le collagène de type I, II et III trouvé entre les cellules. Le produit du catabolisme de ces substances est obtenu du collagène dénaturé ou de la gélatine.

Chez les vertébrés, cette enzyme est produite par différentes cellules, telles que les fibroblastes et les macrophages, ainsi que par les cellules épithéliales. Ils peuvent également agir sur d'autres molécules de la matrice extracellulaire.

Gélatinases (MMP-2, MMP-9)

Ils aident au processus de catabolisme des collagènes de type I, II et III. Ils agissent également sur le collagène dénaturé ou la gélatine obtenue après l'action des collagénases.

Stromalysines (MMP-3, MMP-10, MMP-11)

Ils agissent sur les collagènes de type IV et d'autres molécules de la matrice extracellulaire associées au collagène. Son activité sur la gélatine est limitée.

Stromalisine Structure de la métalloprotéinase matricielle MMP3. Tiré et édité de Emw, de Wikimedia Commons.

Matrilisines (MMP-7, MMP-26)

Ceux-ci font partie des membranes basales. Ils participent aux activités protéolytiques d'autres métalloprotéinases de la matrice.

Néprilysine

La néprilysine est une métalloprotéinase matricielle qui contient du zinc comme ion catalyseur. Il est responsable de l'hydrolyse des peptides au niveau du résidu hydrophobe amino-terminal.

Cette enzyme se trouve dans de nombreux organes, y compris les reins, le cerveau, les poumons, les muscles lisses vasculaires, ainsi que dans les cellules endothéliales, cardiaques, sanguines, adipeuses et fibroblastes.

La néprilysine est essentielle à la dégradation métabolique des peptides vasoactifs. Certains de ces peptides agissent comme vasodilatateurs, mais d'autres ont des effets vasoconstricteurs.

L'inhibition de la néprisiline, associée à l'inhibition du récepteur de l'angiotensine, est devenue une thérapie alternative très prometteuse dans le traitement des patients souffrant d'insuffisance cardiaque.

Autres métalloprotéinases matricielles

Certaines métalloprotéinases n'entrent dans aucune des catégories ci-dessus. Un exemple d'entre eux, nous avons le MMP-12; MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23 et MMP-28.

-ADAM Protéines

Les ADAM (A Disintegrin And Metalloprotease, pour son nom en anglais) sont un groupe de métalloprotéinases, appelées métalloprotéases - désintégrines.

Ceux-ci incluent des enzymes qui coupent ou éliminent des portions de protéines qui sont exclues de la cellule par la membrane cellulaire.

Certains ADAM, en particulier chez l'homme, n'ont pas de domaine de protéase fonctionnel. Ses principales fonctions comprennent l'action sur la spermatogenèse et la fusion spermatozoïde-ovule. Ils sont un composant important du venin de nombreux serpents.

Autres fonctions et modifications

Modification des protéines

Les métalloprotéinases peuvent participer à la modification (maturation) de certaines protéines dans les processus post-traductionnels.

Cela peut se produire en même temps que, ou après, la synthèse de la protéine cible ou au site final où elle réside pour exercer sa fonction. Ceci est généralement réalisé avec le clivage d'un nombre limité de résidus d'acides aminés de la molécule cible.

Dans des réactions de clivage plus étendues, les protéines cibles peuvent être complètement dégradées.

Effets sur la santé

Toute altération du fonctionnement des métalloprotéinases peut avoir des effets indésirables sur la santé humaine. En outre, certains autres processus pathologiques impliquent d'une certaine manière la participation de cet important groupe d'enzymes.

La métalloprotéinase matricielle 2, par exemple, joue un rôle important dans l'invasion, la progression et les métastases cancéreuses, y compris le cancer de l'endomètre. Dans d'autres cas, l'altération de l'homéostasie MME a été liée à l'arthrite, à l'inflammation et à certains types de cancer.

Enfin, les métalloprotéinases remplissent d'autres fonctions dans la nature qui ne sont pas directement liées à la physiologie de l'individu qui les produit. Pour certains animaux, par exemple, la production de poisons est importante dans leur mode de survie.

En fait, le venin de nombreux serpents contient un mélange complexe de composés bioactifs. Parmi eux, plusieurs métalloprotéinases provoquent des saignements, des lésions tissulaires, un œdème, une nécrose, entre autres effets chez la victime.

Pathologies associées

Il a été possible de déterminer que les enzymes de la famille MMP participent au développement de diverses maladies; les maladies de la peau, les dysfonctionnements vasculaires, la cirrhose, l'emphysème pulmonaire, l'ischémie cérébrale, l'arthrite, la parodontite et les métastases cancéreuses, entre autres.

On pense que la grande variété de formes qui peuvent apparaître dans les métalloprotéinases matricielles peut favoriser l'altération de divers mécanismes de régulation génétique, conduisant ainsi à une modification du profil génétique.

Pour inhiber le développement de pathologies associées aux MMP, différents inhibiteurs des métallopréinases, à la fois naturels et artificiels, ont été utilisés.

Des inhibiteurs naturels ont été isolés de nombreux organismes marins, notamment des poissons, des mollusques, des algues et des bactéries. Les inhibiteurs synthétiques, quant à eux, contiennent généralement un groupe chélatant qui se lie et inactive l'ion métallique catalytique. Les résultats obtenus avec ces thérapies n'ont cependant pas été concluants.

Utilisations thérapeutiques

Les métalloprotéinases matricielles ont plusieurs utilisations thérapeutiques. Ils sont utilisés pour traiter les brûlures, ainsi que divers types d'ulcères. Ils ont également été utilisés pour éliminer les tissus cicatriciels et pour faciliter le processus de régénération des greffes d'organes.

Références

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