Carabine

INTRODUCTION

Au début des années 1900, la recherche sur les phénomènes d’agglutinations  sanguines et les immunisations des animaux a conduit à une  étude plus poussée du sang et de divers sérums. Le retour vers ces travaux scientifiques anciens permet de retrouver la définition et donc la signification de nombreux acronymes utilisés en routine dans la recherche d’aujourd’hui. Progressivement une terminologie systématique est acquise dans les articles et par exemple de nombreux acronymes sont utilisés comme  le sigle RBC (pour, Red Blood Cells). Puis se trouve associé à cette terminologie une information plus spécifique avec le terme  RAS (pour, RBC-Absorbed Sera).  Ce qui va permettre dès les années 90 de parler d’une nouvelle famille de protéines,  les protéines RAS

Ainsi les Gènes dits « RAS »  sont membres d’un encodage de famille multigénique pour  des protéines étroitement apparentées dont les séquences d’acides aminés sont hautement conservées dans l’évolution, ce qui suggère qu’ils ont des fonctions cellulaires essentielles. Les protéines RAS appartiennent à une famille de polypeptides apparentés qui sont présentes dans tous les organismes eucaryotes depuis la levure jusqu’ à l’homme. Leurs propriétés biochimiques comprennent la liaison et l’échange des nucléotides de guanine et de l’activité GTPase.

Progressivement on parle de La superfamille des protéines RAS avec  généralement une  faible liaison au GTP pour ces protéines. Cette Superfamille comprend les protéines  RAS, RAL, RHO, RAP, YPT1, SEC4 et leur présence va donc avoir un  impact important dans  divers domaines de la biologie cellulaire. Ce sont donc toutes des petites protéines susceptibles de lier le nucléotide GTP. Puis un rôle va leur être plus largement dédié dans le transport vésiculaire au sein de la cellule. Et c’est de toujours plus nombreuses protéines dont le poids moléculaires variant de 21 à 31 kDa qui furent identifiées comme des protéines dites « RAB » en relation avec le fait que de telles protéines furent découverte dans le cerveau « Brain » (Acronyme pour , RAs-related in Brain) .

Durant les années 1990, on constate une présence  accrue  pour l’expression d’une famille de petites protéines susceptibles de lier le nucléotide  Guanosine triphosphate (GTP), les protéines dites « RAB », qui sont particulièrement découvertes  au cours de la différenciation induite des phagocytes. Il va alors  paraitre évident de considérer ces petites protéines comme des marqueurs spécifiques d’un compartiment cellulaire en relation avec un rôle clé dans la régulation de bourgeonnement et événements ciblage / de fusion lors du transport des protéines.

Mais dans les années 1990 à 2000 des nouveaux membres ce cette famille de protéines sont alors découverts avec une séquence similaire ce qui va entraîner de les codifier avec un nouvel acronyme (TBC pour  avoir des similarités avec des domaines similaires trouvés dans les entités   Tre-2 / Bub2 / CDC16), et comme on découvre rapidement des variations entre divers domaines TBC trouvés on ajoute un chiffre pour les différencier comme TBC1 et TBC3 par exemple, et même parfois un chiffre et une lettre. Puis dès 2001, des  protéines contenant des domainesTBC dans d’autres espèces vont être désignées sont le terme de  Rab-GAP, [GAP,  signifiant GTPase Activating Proteins], et on va définir  la famille des « Rab GTPAses » , cela permet de dresser une première illustration des bases structurales  du rôle dans l’activation et l’hydrolyse du GTP de ces protéines et un arrangement spatial  d’une séquence type figure dans l’article original en référence.

dendogramme des domaines TBCAinsi dans la littérature aujourd’hui on va trouver une revue sur  le domaine TBC  (pour  Tre-2 / Bub2 / CDC16). Ce domaine a été initialement identifié comme un domaine conservé parmi des oncogènes régulateurs  produits durant le cycle cellulaire de la levure Bub2 et CDC16. Les première études dans ce domaine concernèrent la protéine Pollux , une nouvelle protéine impliquée dans le processus de l’adhésion cellulaire, découverte chez la Drosophile, mais que l’on identifie aussi chez les plantes, les levures , les nématodes et l’homme.  Il est maintenant largement reconnu comme un motif conservé qui se compose d’environ  200 acides aminés et que l’on va découvrir chez  tous les eucaryotes. Un dendrogramme moléculaire permet d’illustrer tous les composants de cette large famille de protéines TBC, plus particulièrement chez l’homme et les nématodes et de positionner la sous famille des TBC1 avec en rouge l’information sur la protéine TBC1D10C.

La Carabine

tableau des séquences de la CarabineC’est alors que  chez l’homme  la nouvelle entité de cette famille de protéine, baptisée la Carabine, que l’on va tout d’abord designer parfois comme TBC1D10C mais alternativement comme EPI64C (acronyme pour : EBP50-PDZ Interactor of 64kD avec EBP50 signifiant : ERM-Binding Phosphoprotein-of 50 kDa) sera identifiée avec son gène  localisé sur le chromosome 11. Le terme de Carabine est en fait le reflet de sa capacité pour lier (to bind) Calcineurine et Ras. Pour plus de détails le tableau suivant récapitule les données de séquence sur cette nouvelle protéine humaine. On peut consulter divers détails sur la base de données suivante en relation avec la protéine maintenant référencée comme la Carabine  Q8IV04.

Portrait robot de la CarabineEn fait, la recherche sur les potentielles protéines capable de s’associer avec la Calcineurine firent appel à la technique du double hybride et  2 protéines furent identifiées sans relation entre elles : La Cabine1 et La Carabine. La protéine, Carabine, contient un domaine Ras / Rab GAP putatif, également défini comme domaine TBC, dans son extrémité N-terminale (résidus 89-294) et un domaine C-terminal (résidus 406 à 446) qui assure son interaction avec la Calcineurine. Un portrait-robot de cette protéine Carabine permet d’identifier dans sa séquence ces 2 régions. Les domaines TBC sont bien sr d’une relative grande variété mais notons cependant qu’en 2014 le profil spécial du domaine TBC de la protéine CrfRabGAP (=Chlamydomonas reinhardtii flagellar RabGAP ) a fait l’objet d’une cristallisation et on peut consulter l’arrangement spatial d’un tel domaine TBC dans la référence indiquée, et qui correspond aux  versions TBC1D3 et TBC1D26 que l’on retrouve chez l’homme .

Rôle de la Carabine

Une étude menée sur la levure  Saccharomyces cerevisiae  a mise en évidence la première TBC / Rab-GAP protéine identifiée comme GAP Ypt6  sous le terme de Gyp6. Progressivement fut mise au point une méthode pour le dépistage rapide des protéines de type Rab-GAP grâce à des tests sur la potentielle interaction entre une protéine Rab et une  protéine TBC. Puis de nouvelles méthodes de dépistage permirent d’accélérer l’identification des cibles de protéines Rabs orphelines et diverses entités TBC pour mieux définir  les mécanismes de régulation des petites structures dites  GTPase Rabs.

Une construction exprimée dans des cellules d’insecte, via le baculovirus et le gène de la Carabine a permis d’obtenir la protéine recombinante correspondante.  La Carabine ainsi obtenue en grande quantité se montre capable d’inhiber l’activité phosphatase de la Calcineurine avec une performance comparable à celle d’une autre protéine inhibitrice  la Calcipressine. L’expression ectopique de la Carabine permet d’inhiber  à la déphosphorylation de NFATc2  de manière similaire à l’action de la Cyclosporine  (CsA) et son effet inhibiteur sur la Calcineurine.

Les études menées alors avec la protéine dite Carabine (TBC1D10C), indique clairement que cette protéine est un inhibiteur rétroactif de la voie de signalisation Calcineurine-NFAT, mais  par ailleurs est capable de bloquer la voie Ras, associant ainsi la voie de signalisation calcique avec la répression de la protéine Ras. Les 2 processus impliquant soit la Calcineurine et /ou la voie Ras sont largement distribués dans divers systèmes biologiques intervenant dans la prolifération et la différenciation cellulaire, il apparait fort probable que la Carabine va y jouer également un rôle important.

En 2008, une étude par spectrométrie de masse détermine une forte concentration de Carabine au sein des cellules T du sang humain et en général cette forte expression se retrouve dans les cellules hématopoïétiques. Les méthodes de dépistage récemment appliquées sur les  protéines TBC, permirent d’identifier des interactions avec des petites GTPases de type Rab et plus particulièrement de mettre en évidence que la récente entité Rab35, découverte pour son rôle dans  la cytokinèse, était impliqué avec la Carabine au niveau des cellules T dans la régulation du recyclage des récepteurs et la formation de la synapse immunologique.

En 2010 une nouvelle étude confirme les effets de la famille des protéines Rab sur leur capacité à accélérer l’hydrolyse du GTP, ceci en particulier en analysant en détails et de manière comparative les trois membres de la famille de TBC1D10A-C  (dont la Carabine) qui ont une activité GAP spécifique forte et la relation avec Rab35. On rapporte donc la présence de la Carabine et de la protéine Rab 35 au sein des cellules hématopoïétiques avec en cas de surexpression la formation  de vacuoles, mais également la présence de ce couple de protéines dans les cellules de types HEK et HMEC-1, ceci impliquant une meilleure compréhension pour le type de mécanisme par lequel le canal KCa2.3 est maintenu  dans la membrane plasmique  de la cellule.

Ce dernier point une démonstration est actuellement faite pour la présence du canal  KCa2.3 qui est localisée à un domaine riche en Cavéoline à l’intérieur de la membrane plasmique et est susceptible d’une  endocytose sous la double dépendance de la  Dynamine et de la protéine  Rab5 avant d’entrer dans le compartiment de recyclage  géré par le couple Rab35 / Carabine  pour un retour à la membrane plasmique.

zone séquentielle de la Carabine impliquée avec ses 2 principaux partenaires copieL’organisation spatiale de la protéine Rab 35 est bien connue comme celui de la Calcineurine, et un schéma récapitulatif illustre sur le portrait-robot de la Carabine la proximité de ces 2 cibles.

L’association entre la protéine Rab35 et le domaine TBC de la Carabine semble capable de réaliser un contact similaire à celui rapporté par la revue indiquée en référence pour les complexes variés entre divers effecteurs et les protéines Arf et RabGTPases.

Notons que la protéine Rab35 est une protéine de la famille Rab qui est  à la fois la membrane plasmique et possède une localisation endosomale. Cette protéine Rab35  a été impliquée dans divers processus du trafic vésiculaire, en particulier dans le recyclage qui comprennent celui des récepteurs des cellules T, celui de la protéine du  jaune de l’ovocyte et en général  la cytokinèse. La protéine Rab35 est aussi capable de réguler la croissance des neurites.

Implication cellulaire de la CarabineUne autre étude montre que la protéine  Rab35 actif est susceptible d’être  recrutée dans le cytoplasme de la cellule  au début par les endosomes où il contrôle le recyclage de Cadhérine /  Intégrine et permet d’équilibrer l’adhérence cellule-cellule et la migration cellulaire. Dans ce contexte La famille de protéine de type TBC1D10 hydrolyse alors le GTP pour finalement  inactiver Rab35 . Ce processus est illustré dans l’image ci-contre. Cette illustration résume le contrôle des voies de recyclage pour augmenter l’adhérence des cellules et réduire la migration des cellules via le couple Carabine et Rb35 en présence de GTP.

Signalons de plus que la protéine Rab35 est connue pour réguler d’une part la formation des jonctions dites  adhérentes impliquant les  Cadhérines  et d’autres part  la fusion des myoblastes.

Notons cependant par ailleurs, que même si  il existe une relativement faible conservation de séquence entre EPI64A / B et la séquence de  EPI64C (Carabine) dans leur domaine catalytique TBC, il apparait que les formes EPI64A et B,  parmi les membres de la sous-famille EPI64, qui sont exprimés de façon ubiquitaire, sont aussi capable d’inactiver certains Rabs à la périphérie des cellules.

Plus récemment dans une étude centrée sur l’hypertrophie cardiaque un rôle protecteur de la Carabine est rapporté par sa capacité à bloquer l’action de la Calcineurine sur la voie de signalisation protéine kinase de type II impliquant le calcium et la Calmoduline

Carabine et Pathologies

Il a été proposé que les inhibiteurs de la Calcineurine (CNI) puissent être utilisés pour traiter les patients transplantés et à ce titre la Carabine serait un inhibiteur qui pourrait  jouer un rôle crucial dans la progression rapide du cancer du rein selon un  processus  similaire à celui développé dans l’article indiqué en référence

Les mécanismes à l’origine de l’évolution des maladies auto-immunes humaines en général, et du lupus systémique, en particulier, semblent impliquer la participation de la Carabine comme cela est analysé en détail dans l’article en référence.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur la Carabine il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)      La  Carabine avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

  • Protéine : TBC1 DOMAIN FAMILY, MEMBER 10C; TBC1D10C; CARABINE
  • Pathologies associées:   pas de mutation trouvée actuellement