Aperçu moléculaire de la biogenèse des protéines d'ancrage du glycosylphosphatidylinositol

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 2617 (2022) Citer cet article

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Les cellules eucaryotes sont recouvertes d'une abondance de protéines d'ancrage glycosylphosphatidylinositol (GPI-AP) qui jouent un rôle crucial dans la fécondation, la neurogenèse et l'immunité. L'élimination d'un peptide signal hydrophobe et la fixation covalente du GPI à la nouvelle extrémité carboxyle sont catalysées par un complexe transamidase GPI de la membrane du réticulum endoplasmique (GPI-T) conservé parmi tous les eucaryotes. Nous rapportons ici la structure de cryo-microscopie électronique (cryo-EM) du GPI-T humain à une résolution globale de 2,53 Å, révélant un assemblage hétéropentamère équimolaire. La mutagenèse basée sur la structure suggère un mécanisme de type légumineuse pour la reconnaissance et le clivage des substrats proprotéiques, et un GPI endogène dans la structure définit une cavité composite pour le substrat lipidique. Ce site actif allongé, issu de la membrane et s'étendant sur un espace supplémentaire d'environ 22 Å vers la dyade catalytique, est structurellement adapté aux deux substrats qui présentent un motif amphipathique qui correspond à cette géométrie. Notre travail représente une étape importante vers la compréhension mécaniste de la biosynthèse du GPI-AP.

L’ancrage GPI représente une modification post-traductionnelle omniprésente et métaboliquement coûteuse des protéines de surface des cellules eucaryotes1,2,3,4,5. Structurellement élucidés dans les années 19806, les lipides GPI sont bioactifs7 et chimiquement divers avec un squelette minimal constitué d'un groupe phosphatidylinositol lié à un noyau polysaccharidique α-Man3-(1 → 2)-α-Man2-(1 → 6)-α-Man1 - (1 → 4) -α-GlcN (Man1/2/3, les trois mannoses ; GlcN, glucosamine ; les nombres entre parenthèses indiquent la numérotation des carbones) (Fig. 1a, Fig. 1a supplémentaire). Le noyau glycane du GPI mature porte des groupes fonctionnels supplémentaires, dont certains sont spécifiques à l'espèce et au tissu. Le processus de maturation implique plusieurs enzymes, notamment les mannosyl transférases et les phosphoryléthanolamine (EtNP) transférases (Fig. 1b supplémentaire) 2,3,4. L'EtNP sur C2 de Man1 est une condition préalable à l'ajout enzymatique de Man38,9, après quoi la deuxième étape des EtNP est transférée séquentiellement vers C6 de Man3 (comme lieur pour l'ancrage du GPI) et Man2 (pour un réticulum endoplasmique (ER) efficace) -Golgi transport de certains GPI-AP)2. La mannosylation de Man3 en C2 est essentielle à l’ancrage du GPI chez certaines espèces comme les levures10. Chez certaines espèces de Trypanosoma, le C3 de Man2 et le C3/C4 de Man1 peuvent avoir d'autres décorations saccharidiques et le C6 de GlcN est modifié avec un aminoéthylphosphonate (résumé dans la réf. 11) (Fig. 1a supplémentaire). Concernant la partie phosphatidylinositol, une chaîne acyle est généralement présente en C2 de l'inositol avant l'ancrage du GPI (Fig. 1a supplémentaire) mais est dans la plupart des cas (sauf dans les érythrocytes) éliminée immédiatement après l'attachement du GPI3. Enfin, la chaîne grasse du groupe phosphatidyle subit également un remodelage avant (Fig. 1b supplémentaire) et après l'étape de fixation du GPI, provoquant une diversité d'acyles tels que le diacylglycérol, l'alkylacylglycérol ou les céramides de longueur et d'insaturation variables. .

un GPI-T remplace le peptide signal C-terminal (CSP) des proprotéines par GPI au niveau du résidu ω (bleu) par une réaction de transamination. Diverses parties sont indiquées dans la case en pointillés. EtNP, phosphate d'éthanolamine; Homme, mannose ; Ino, inositol; GlcNH2, glucosamine. Les préférences pour les sites ω, ω+1, ω+2 et ω+3 sont indiquées dans la zone en pointillés avec un acide aminé abrégé par des lettres simples. La zone grise indique la membrane du réticulum endoplasmique (RE). b GPI-T montre un pic quasi gaussien lors de la filtration sur gel et les cinq sous-unités sont présentes sur une SDS-PAGE (encadré) visualisée par fluorescence dans le gel (à gauche) et coloration de Coomassie (à droite). Vo et Vt (triangle) indiquent respectivement le volume vide et total. Les signaux d’absorbance de fond avant Vo ne sont pas entièrement affichés. G/T/S/K/U fait référence aux sous-unités GPAA1/PIGT/PIGS/PIGK/PIGU. La position de chaque sous-unité a été déterminée séparément en comparant le complexe avec des sous-unités exprimées de manière unique. Un astérisque indique un contaminant mineur. Les poids moléculaires des marqueurs protéiques sont indiqués à droite. Il s’agit d’un résultat représentatif de trois expériences indépendantes. Les images non recadrées sont fournies dans les données sources. c Carte cryo-EM (i-iii) et vue normale du domaine transmembranaire depuis la lumière du RE (iv) ou le cytosol (v). Les nombres en iv et v indiquent les TMH et G/T/U/S/K font référence à GPAA1 et PIGT/U/S/K, respectivement. Les lipides et les détergents sont représentés sous forme de bâtonnets (gris). Les sous-unités et les densités cryo-EM associées sont codées par couleur comme indiqué.