Junctine

Introduction

Des études sur le muscle cardiaque réalisées chez le chien en 1988, permirent de mettre en évidence outre la Calséquestrine une autre protéine qui lui était associée au sein du réticulum sarcoplasmique avec un poids moléculaire apparent de 26 kDa.

C’est en 1995 que l’on va bien isoler et purifier une protéine à partir du muscle cardiaque qui avait la particularité de se lier à la protéine Calséquestrine. La protéine isolée à partir de muscle cardiaque chez le chien  se présente avec un poids moléculaire apparent de 26 kDa.  En traitant le  Réticulum Sarcoplasmique avec l’acide  4,4′-diisothiocyano-stilbene-2,2′-disulfonique (DIDS) une nouvelle protéine est également découverte comme associée à la Calséquestrine avec un poids moléculaire supérieur d’environ 30 kDa dans le muscle cardiaque du lapin. Puis en  1998 cette même protéine avec un poids moléculaire apparent de 30 kDa est isolée et caractérisée chez le lapin. Ainsi au niveau du muscle cardiaque humain et chez le jeune lapin au cours du développement on clone des protéines que l’on va  baptiser du nom de «  Junctine ». 

Plus tard en 2000 des travaux chez la souris permettent de d’identifier une protéine sous le nom de ASPH  (=ASPartyl- beta-Hydroxylase) qui se présente comme un produit issu d’un épissage alternatif d’un gène localisé sur le chromosome 8, mais qui ne possède pas le domaine catalytique que l’on avait identifié au niveau de la Junctine. On parle également de cette protéine comme de la BAH

La Junctine

tableau de séquences de la JunctineLa même année on va cloner le cDNA de la forme identifiée comme la  Junctine Cardiaque chez l’Homme. (Avec seulement 210 et/ou 225 résidus). Avec un poids moléculaire de 33 kDa, toujours chez l’homme on obtient des informations plus précises sur cette nouvelle protéine. On va ainsi différencier 2 types de protéines : un type de petite protéine au sein du Réticulum sarcoplasmique,  la Junctine (2 isoformes de 210 et 225 résidus) et  une protéine un peu plus grande spécifiquement en  liaison à la membrane pour le calcium la « Junctate »   (avec environ 300 résidus pour un PM apparent de 33 kDa). Toutes les données de séquences sont réunies dans le tableau suivant avec un lien Swissprot pour plus de détails : Q12797

Portrait robot de la forme canonique de JunctineCette forme longue dite  « canonique » de la Junctine humaine possède :

Une portion transmembranaire (longue hélice de 21 résidus)

Des Domaines  répétitifs dits « TRP » au nombre de 4 codifié de 1 à 4.

Diverses zones plus ou moins bien définies dont la nature,  en zones riches pour des résidus particuliers,  est également indiquée sur ce schéma.

Un portrait-robot schématise l’ensemble de ces données.

Séquences des isoformes de JunctineLa définition finale de la Junctine indique que les formes les plus courtes existent bien comme cela  va être rapporté dans le tableau suivant, ce qui permet d’identifier la zone commune (en trait plein) de ces isoformes courtes de la Junctine par rapport à la forme « canonique » ASPH illustrée plus haut. On parle alors des formes courtes, Junctine de types 1 et 2, et Junctate dont les données de séquences sont rapportées dans le tableau ci-contre avec les liens Swissprot suivant ; Q12797-3 ; Q12797-4 ; Q12797-8. On notera ainsi  la présence d’isoformes dites de  « Junctate »  chez la souris.Tandis que, l’isoforme cardiaque est définie comme correspondant  à la Junctine de type-1et possède un résidu asparagine (Asn-64) susceptible de subir une glycosylation.

Séquences primaires des Junctines 1 et 2Une illustration présente les séquences primaires des 2 plus courtes molécules de » Junctine » codifiées comme les isoformes de type 1 et 2 avec la même séquence trans membranaire hélicoïdale. Les séquences divergentes sont indiquées en gras tandis que la séquence additionnelle de l’isoforme de type 1 qui possède le résidu asparagine  (N) glycosylée est encerclé. La zone riche en résidus acide glutamique  (E) est surlignée.

En 1997,  il apparait déjà que l’on peut identifier un complexe entre plusieurs protéines répertoriée comme la Triadine, la Calséquestrine, la Junctine et le récepteur à la Ryanodine (Ryr) au niveau du réticulum Sarcoplasmique dans le muscle cardiaque.

En 2010 la Junctate, protéine de 33 kDa intégralement présente au sein de la membrane du réticulum sarcoplasmique forme un complexe avec divers partenaires associés aux canaux calciques.

Junctate séquence primaire et portrait_robot

En 2012 la situation de la Junctate est encore mieux définie avec en particulier son portrait-robot et ses relations avec le couple ORAI/STIM (voir les fiches correspondantes). Un schéma représente avec les mêmes codes couleur que précédemment le portrait-robot et la séquence primaire de la Junctate Humaine.

Les Partenaires de la Junctine

En 2009, les informations sont plus précises et seule  la Junctine semblait impliquée  dans une relation avec la Calséquestrine. Mais cependant la possibilité d’une liaison entre la Triadine et la Calséquestrine ne semble pas totalement exclue selon l’article en référence. En effet, il a bien été mis en évidence que de charges électrostatiques entre Calséquestrine et Triadine participaient à  une association possible entre ces 2 partenaires. La relation entre la Junctine et le récepteur Ryr (site 1) serait sensible à une concentration faible de calcium et serait alors susceptible de rentrer en contact avec la Calséquestrine (site 2), tandis qu’une forte concentration de calcium provoquerait un relargage de la Calséquestrine et libère alors  le site2 pour une association supplémentaire avec le récepteur Ryr (voir illustration figure 8 de l’article en référence).

Actuellement si la concentration en calcium joue indéniablement un grand rôle dans l’association du complexe entre Calséquestrine, récepteur Ryr et Junctine. Il est proposé que dans un cas de forte concentration en calcium, celui-ci sature les Calséquestrines présentes, qui auront tendance à former des polymères de Calséquestrines,  qui vont se brancher sur la Junctine qui restera accroché au récepteur Ryr. (Voir schéma du polymère de Calséquestrine en figure 8 de l’article en référence). Une régulation particulière pour la régulation du calcium au sein du Réticulum Sarcoplasmique semble indiquer la participation conjointe de la Triadine et de la Junctine avec la protéine liant le calcium dite riche en Histidine (HRC). Cette dernière protéine apparait comme un partenaire essentiellement nouveau pour la régulation du calcium au sein du RS.

Junctine dans le Réticulum SarcoplasmiqueL’ensemble de ces données sont réunies dans un schéma où la lumière du réticulum sarcoplasmique est chargée en Calcium (disques jaunes) avec la Junctine et la Triadine qui figurent dans la membrane du RS en association avec le récepteur Ryr. Selon la concentration en calcium (faible ou forte) on a ainsi un assemblage avec une ou plusieurs Calséquestrines formant des polymères et un canal Ryr actif qui laisse passer le calcium ou pas.

Rôle de la Junctine

 On va impliquer la Junctine dans la régulation du processus de l’homéostasie calcique. Puis on identifia progressivement la Junctine dans un complexe macromoléculaire autour du récepteur de la Ryanodine (Ryr). La Junctine est alors présentée comme un régulateur important de la contraction au niveau des myocytes cardiaques. Une mise au point de son point rôle au sein du muscle cardiaque est réalisé  en 2007. Mais la situation doit aussi tenir compte du fait  de la présence de diverses versions de cette protéine sous forme d’isoformes, soit 1longue et plusieurs courtes de la Junctine proprement dite,  et de la présence de versions similaires nommées « Junctate ». Des travaux sur le sujet autour des protéines de type  Junctine/« Junctate », décrivent des conditions de stimulations particulières et présentent divers niveaux de contrôle de l’expressiode ces protéines.

Cela conduit à conférer un rôle de régulateur à la Junctine au niveau de la fonction du myocarde. (Voir schémas dans l’article en référence). Ce rôle est déduit des informations enregistrées dans le cas où la Junctine est absente chez une souris mutée pour la Junctine et alors il y a arythmie cardiaque Au niveau du muscle squelettique on observe qu’une phosphorylation de la Calséquestrine va favoriser la capacité de cette dernière à lier le calcium ce qui va au final favoriser son association avec la Junctine.

distrribution Junctine Triadine et Ryr copieEn utilisant une méthode de sur-expression de la Junctine et de la Calséquestrine dans le muscle cardiaque, il est possible d’investir plus précisément le rôle de Junctine et les voies de synthèse et d’adressage  pour ces deux protéines. En 2009 un bilan plus précis donne la nature fonctionnelle du complexe incluant Junctine avec Triadine et Calséquestrine. Un schéma récapitulatif englobe la totalité des données présentées plus haut

 

Junctine et Pathologies

 

Ainsi, un déficit en Junctine, s’accompagne d’une surcharge en calcium au niveau du Réticulum sarcoplasmique, et  améliore la contractilité cardiaque, mais augmente l’automatisme ventriculaire.  La déficience, concernant soit la Junctine soit la Triadine, compromet une reprise contractile post-ischémique du cœur, ce qui semble être principalement attribuable à l’augmentation du stress  et à l’activation de la Calpaïne.
Mais dans d’autres muscles que le cœur, dans les myotubes squelettiques déficients en Triadine et en Junctine, on observe une altération dans la libération du calcium stocké.

Pour autant, une baisse partielle de la présence de la  Junctine améliore d’une part le flux calcium au sein du cœur de la souris  sans d’autre part  susciter des arythmies ventriculaires. En opposition, une surexpression de Junctine s’accompagne d’une altération  structurale du relargage du calcium au niveau du cœur. Cette sur-expression de la Junctine chez un modèle animal transgénique va s’accompagner d’un remodelage du Cœur avec fibrillation auriculaire En fait, une telle sur-expression est corrélée généralement avec un changement dans la signalisation calcique des myocytes. On va par ailleurs, observer des altérations de la relaxation chez une souris  transgénique sur exprimant la Junctine. Puis on va également constater que la sur-expression du récepteur bêta-1 adrénergique au niveau du cœur de la souris va s’accompagner d’une altération de l’expression de la Junctine avec une perturbation des flux calciques.

Toujours chez la souris, dans le cas d’une régulation négative partielle de l’expression de la Junctine, l’augmentation des flux calciques,  au niveau du Coeur,  sans susciter des arythmies ventriculaires. Il est proposé l’existence de rôles potentiels dans l’insuffisance cardiaque et dans les phases d’arythmies pour d’une part la Junctine et d’autre part la protéine de liaison au calcium riche en Histidine, (HRC). Par ailleurs, une observation d’une biopsie musculaire humaine rapporte la présence de  structures cristalloïdes identiques aux amas hexagonaux réticulés qui sont trouvés positifs à la Cavéoline 3 dans les cas décrits chez les patients atteints de myopathies bénignes dites : «  hexagonally cross-linked tubular arrays myopathy ». Ce constat indique que ces inclusions étaient positives pour Calséquestrine et pour la  Junctine ainsi que pour la Cavéoline 3. Toutefois, les gènes codant pour ces protéines n’ont pas été trouvé mutés.

On note par ailleurs que la sur-expression de la Junctate au niveau du Cœur induit une hypertrophie cardiaque accompagnée d’une arythmie.

Avancées depuis 2013

 La Junctine est parmi les protéines musculaires un des partenaires qui joue un rôle essentiel dans la structure nommée la Dyade du muscle cardiaque. C’est seulement en 2014, que des mutations dans la séquence primaire de l’ ASPH (junctine) sont rapportées comme provoquant une dysmorphie faciale, une luxation du cristallin, des anomalies du segment antérieur, et des bulles de filtration spontanées, symptôme que l’on associe Mutations sur le portrait-robot de la Junctinegénéralement avec  le syndrome  de Traboulsi. En 2015, on observe un phénotype cellulaire pancréatique maligne,  que l’on va associer avec une altération de la Junctine. L’ensemble des informations sur des résidus mutés sont réunies sur le portrait-robot de la Junctine et la distribution des mutations jusqu’ici publiées sont présentées dans un même schéma.

Une nouvelle interaction cytoplasmique entre la  Junctine et RyrR1 ( les canaux permettant la libération du calcium via les récepteur de la Ryanodine). C’est le domaine C-terminal de la Junctine qui va se lier avec le RyrR1 dans sa portion SI-S2 tandis que l’extrémité N-terminale de la Junctine entre en contact avec les résidus 1078-2156 du récepteur RyrR1. Par ailleurs une nouvelle analyse exhaustive de la séquence totale de la Junctine est faites par le biais de synthèse de peptides chevauchants correspondant à 9 résidus consécutifs de cette protéine (correspondants à des 9-mers). On va alors tester l’immunogénicité de chaque peptide dans des cultures de PBMC humaines. On utilise alors la technique dite IFN-ELISpot  qui permet de déterminer les peptides qui sont hautement immunogènes chez les patients atteints de carcinome hépatocellulaire (HCC), et cela indique que certains épitopes de la Junctine  sont susceptible d’induire des réponses spécifiques des cellules T chez ces patients.

En conclusion

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

A)      La Junctine 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 : ASPARTATE BETA-HYDROXYLASE; ASPH (En fait la Junctine est aussi connue comme une « calsequestrin-binding protein” courte)

Pathologies associées: FACIAL DYSMORPHISM, LENS DISLOCATION, ANTERIOR SEGMENT ABNORMALITIES, AND SPONTANEOUS FILTERING BLEBS; FDLAB 

** Voir également le rôle de la Junctine dans les atteintes cardiaques.