Syntrophines

INTRODUCTION

Dès la première description du complexe des protéines associées à la Dystrophine, il y eu les glycoprotéines (voir chapitres, les Dystroglycanes et les Sarcoglycanes) et les protéines associées (voir chapitre les Dystrobrévines) mais aussi des protéines de poids Moléculaire 58 kDa (parfois indiquées avec un PM de 59 kDa). En fait une première protéine avec ce poids moléculaire de 58-59 kDa était déjà bien  identifiée car elle fut  isolée en 1992  dans le tissu électrique du poisson torpille. En 1984 déjà, sa localisation avait déjà alors été  bien identifiée au niveau des membranes post-synaptiques de l’organe électrique de cet animal.  Ces protéines de 58-59 kDa furent alors étudiées à partir de 1994,  comme protéines dites « dystrophine-associées » (  DAP = Dystrophin Associated Protein) avec une certaine hétérogénéité. Mais pour autant en 1993  ces protéines référencées dans un premier temps comme les protéines A1, des formes alpha puis Bêta avec  une controverse sur leur état de glycosylation / phosphorylation fut d’abord publiée. Puis ces protéines étaient des partenaires compagnons associés à la Dystrophine et leur nom de baptême fut dérivé du grec sous le terme de Syntrophine.

Les Syntrophines

tableau des séquences de SyntrophinesChez la souris, en 1993 la Syntrophine est dans un premier temps découverte avec 2 isoformes, ayant chacune un  poids moléculaires 58 kDa, protéines qui accompagnaient la Dystrophine. Dystrophine. On identifia ensuite une autre forme, la bêta Syntrophine dite bêta2. Dernièrement ce furent la découverte des Syntrophines gamma (gamma1 et gamma2). Aujourd’hui on compte 5 Syntrophines codifiées, alpha, bêta1 et bêta2, et gamma1 et gamma2. Le tableau ci-dessous résume les informations de séquence de ces différentes protéines avec des liens SwissProt pour plus de détails respectivement: Q13424 ; Q13884 ; Q13425 ; Q9NSN8 ; Q9NY99.

Portrait robot des SyntrophinesTout d’abord grâce aux comparaisons avec des séquences connues on a établi un portrait-robot de la Syntrophine type avec l’identification de plusieurs domaines ou motifs comme indiqué dans le schéma présenté ci-contre.

En détails on trouve environ 50% d’acides aminés identiques au sein de ces différentes isoformes et on identifia dans la séquence des Syntrophines trois types de motifs ou domaines qui correspondaient aux illustrations qui vont suivre.

Le motif ou domaine : PDZ

Parmi les séquences que l’on va retrouver au sein de la structure de plusieurs protéines dont on a progressivement la connaissance, on repère environ 90 résidus qui possèdent une relative forte homologie au sein d’entités variées comme la protéine PSD-95 (=PostSynaptic Density Protein 95) de poids moléculaire 95 kDa, la protéine baptisée Disc Large  (chez l’homme Discs Large protein = DLG), et la protéine Zo1 (Zonula Occludens protein 1 avec le sigle ZO1 et/ou TJP1.  On parle alors du domaine PDZ,  nomenclature correspondant à l’acronyme formé à partir du nom de ces 3 protéines.

Cependant après avoir été référencé comme « DHR Domain” (= Discs-large Homology Region), ce domaine était conçu comme pouvant contenir 3 répétitions du motif « GLGF » et donc également référencé comme  « GLGF repeats » pour finalement devenir le domaine PDZ. On trouvera également un ensemble de données sur les origines du domaine PDZ dans l’article en référence.
domaine PDZ des SyntrophinesLa première structure cristalline d’un domaine PDZ fut publiée en 1996 (Voir article en référence).
Le cristal d’un tel domaine PDZ permet de mieux visualiser l’arrangement interne d’un tel domaine PDZ comme celui,  par exemple, obtenue à partir de l’étude comparative entre le domaine PDZ de la protéine PSD-95 et le domaine PDZ des Syntrophines. Une illustration montre la forte analogie entre les domaines PDZ de ces 2 protéines avec en comparaison le portrait type du premier domaine PDZ cristallisé.

Assemblage Syntrophine et nNOs via domaines PDZLe domaine  PDZ de la Syntrophine va être spécifique de la liaison et du rassemblement des récepteurs membranaires et des canaux ioniques. On va ainsi le retrouver pour des associations spécifiques avec des partenaires comme c’est le cas par exemple de la Syntrophine dont le domaine PDZ est en fait dédié à l’interaction avec une protéine nommée nNOS (Nitric Oxyde Synthase). Ainsi on va rapidement conclure un rôle d’adaptateur et d’intégrateur pour le domaine PDZ en général, comme le montre cette  autre étude en 1999 avec  l’assemblage de la Syntrophine et de la protéine nNOS et en particulier l’implication dans les  zones d’assemblages entre les domaines PDZ  comme cela est illustré dans l’article en référence et présenté ci-contre.

comparaison PDZ et PTB

 

 

On va également trouver, suite à des comparaisons de structure spatiale,  une forte analogie entre un domaine PDZ et le domaine PTB (=PhosphoTyrosine-Binding domain) qui est aussi connu comme le domaine PID (Phosphotyrosine-Interaction Domain).  Une illustration présentée ci-dessous résume cette ressemblance.

 

Le motif ou domaine dit PH

 Une protéine que l’on a découverte il y a déjà longtemps fut également identifiée chez l’homme et baptisée Pleckstrine avec comme abréviation le sigle «  PLEK ». Elle est organisée avec des zones homologues d’environ une centaine de résidus que l’on trouve dans la zone N-terminale et dans sa zone C-terminale. Comme progressivement des séquences très similaires vont être identifiées dans de nombreuses protéines on va parler pour ces séquences  de domaines d’homologies avec ceux de la Pleckstrine, et donc domaine PH (=Pleckstrin Homologue). Au sein de la Pleckstrine elle-même on parle donc des domaines PH1 (résidus 4 – 101) et PH2 (résidus  244 – 347) chez l’homme.

Si de tels domaines ont bien été identifiés dans la séquence primaire de la Syntrophine avec une importance particulière de cette zone pour une association correcte avec d’une part le phosphatidylinositol  4,5-bisphosphate, mais également pour réaliser sa propre oligomerization avec la participation de son domaine PH1 qui se présente en deux partie identifié désormais comme PH1a et PH1b, qui entourent son domaine PDZ , (voir fiche correspondante au domaine PDZ). Il existe aussi au sein de la Syntrophine, une association via son autre domaine PH dit PH2 pour un partenaire du complexe des protéines associées avec la Dystrophine,  la Dystrobrévines (voir également les fiches correspondantes sur ces diverses protéines).

domaine PH de la SyntrophineAinsi une représentation spatiale du domaine PH1,  constitué de 2 parties,  dans la molécule de Syntrophine,   a été obtenue suite à une étude approfondie en RMN du proton pour révéler la même structure canonique des domaines PH en général,  c. à d. constitué d’une centaine de résidus correspondant à une structure avec 7 feuillets bêta et une hélice alpha C-terminale. Les fragments PH1a et PH1b, également identifié comme PHN et PHC  (pour segment N-terminal et C-terminal du domaine PH), s’organise de façon à composer avec la portion PHN les 3 premiers feuillets bêta (bêta-1-bêta-3), tandis que les 4 derniers feuillets sont apportés par la portion PHqui se termine par une hélice alpha.  L’organisation spatiale totale de ce domaine PH « recomposé » issue de la structure de la Syntrophine  est présentée ci-dessous, en référence à un  travail original sur cette protéine (voir plus de détails dans l’article en référence).

le domaine dit « SU ».

Séquences comparatives des domaines SU des Syntrophines Alpha et BêtComme le sigle SU l’indique c’est un domaine spécifique et donc unique qui est trouvé au sein de la famille des Syntrophines. Ce domaine pourrait avoir un rôle dans l’accrochage à la membrane. Ce domaine est relativement homologue pour les formes alpha et bêta et un alignement des séquences respectives de ces trois séquences est illustré dans le schéma récapitulatif présenté ci-contre. Ce domaine, comme indiqué dans chaque fiche spécifique sera montré important pour une liaison avec la Calmoduline et le calcium mais aussi dans certain cas pour une interaction avec la Dystrophine. Ainsi parmi les 5 différentes Syntrophines, des spécificités de fonction et d’association avec différents partenaires selon leur site préférentiel d’expression ont été progressivement décrites et un récapitulatif sur chacune d’elles est donné dans des fiches individuelles pour ces différentes entités.

La famille des Syntrophines

Les Syntrophines furent rapidement identifiées comme capable d’interagir avec l’extrémité C-terminale de la forme longue et des formes tronquées de la dystrophine. Son identification comme DAP (Dystrophin Associated Protein) en fait un partenaire essentiel du complexe macromoléculaire avec la Dystrophine. Ceci implique une  association différentielle avec une paire de Syntrophine (alpha et bêta). La technique du  double hybride a permis de confirmer l’interaction Syntrophine et Dystrophine   Plus récemment, les Syntrophines furent impliquées dans une voie de signalisation qui implique  des interactions avec Rac1.

On va donc considérer que la famille des  Syntrophines est démontrée comme une famille de protéines ayant des interactions multiples et un rôle essentiel dans la signalisation cellulaire avec une relation privilégiée pour la gestion du NO (ancrage du nNOS), mais également pour ce qui concerne l’association avec l’Actine. En effet on considère les Syntrophines comme des protéines se liant à l’Actine (Actin Binding Protein) qui régulent l’organisation du cytosquelette des filaments d’Actines dans le muscle via  interaction avec la protéine  TAPP1 ( (= Phosphoinositol 3,4-Bisphosphate-binding Protein). Des données récentes indiquent que certaines isoformes de la famille des protéines TRPC (=Transient Receptor Potential Channel) qui participent à la formation de structures transmembranaires en relation avec des canaux pour les cations, ceci de manière plus ou moins spécifiques pour le calcium, nécessitent un lien avec les Syntrophines.

différentes Syntrophine selon le compartiment cellulaireDes études menées en 2010,  chez la Drosophile, permettent d’impliquer les Syntrophines dans un rôle important pour la locomotion et la régulation de la morphologie des synapses.  Par ailleurs le  couple Syntrophine-Dystrophine permet d’ancrer le canal sodique (Nav1.5) à la membrane au niveau de la fibre musculaire cardiaque. Un bilan du rôle du DGC (Dystrophin Glycoprotein Complex) au niveau des synapses est actuellement clairement établi. En particulier ce travail illustre que chaque compartiment cellulaire possède une organisation bien particulière pour ce complexe et en particulier met en évidence, comme cela va être présenté plus en détails dans des fiches indépendantes, que la distribution des Syntrophines est différents et chaque entité est bien souvent spécifique d’un tissu (muscle , Jonction neuromusculaire, système nerveux central, rétine) comme cela est représenté schématiquement dans un schéma bilan .

Implication des syntrophine dans la distribution des canaux Nav1.5 cardiaque.Mais de nouvelles données (Décembre 2010), sur la membrane de la fibre musculaire cardiaque et les systèmes d’ancrages pour les canaux ioniques révèlent que pour ce qui concerne le canal dit   Na v 1,5 , il existe 2 assemblages (Ce canal spécifique (également référencé  SCN5A permet de gérer le flux de sodium au niveau cardiaque). Un premier assemblage implique une association avec le complexe Syntrophine-Dystrophine au niveau de la membrane latérale de la fibre cardiaque  ce qui était déjà connu , mais il existe également une seconde association avec la protéine SAV 97, (qui signifie  : « Synapse-associated protein 97 » référencée chez l’homme comme « Discs large homolog 1 » =  DLG1 ), qui serait spécifique de la connexion cellule-cellule correspondant aux disques intercalaires. Une illustration permet de résumer la situation et la distribution de la Syntrophine au niveau du muscle cardiaque comme cela est présent dans l’article original et présenté ci-contre.

Pour autant une autre étude (Août 2011) donne des évidences sur la participation des Syntrophines dans le «Signalosome» (complexe protéine multifonctionnelle essentielle pour le développement et éventuellement participant à la régulation de la dégradation des protéines) en impliquant des récepteurs α-(1D)-Adrénergique, régulateurs clés de la fonction du système cardio-vasculaire qui résident accroché dans la membrane plasmique de la cellule musculaire.

Avancées depuis  2012

Analyses des syntrophines chez la drosophileToujours chez l’animal modèle la Drosophile c’est l’utilisation de micro ARN qui permet d’ analyser spécifiquement l’impact des Syntrophine au sein de divers processus et en relation avec des fonctions bien définies. L’ensemble des détails est consultable dans l’article indiqué et un diagramme permet de résumer quels sont les types de MiR utilisé en relation avec une fonction spécifique comme cela est présenté ci-contre.

En 2013, il est alors acquis et bien indiqué une particulière importance des Syntrophines dans les voies de signalisation : relation avec le rôle du père Noël. De plus, il est maintenant établi que le motif PDZ des Syntrophines est susceptible de favoriser une association avec la partie C-terminale du récepteur de l’Adiponectine de type 1C (Adiponectin receptor 1  = AdipoR1).

Implication des syntrophines dans l'équilibre monomère dimère des protéines ABCA1Cette étude menée au niveau des macrophages, utilise la méthode des mi-RNAs pour moduler l’expression de diverses formes de Syntrophines ce qui permet de proposer un nouveau modèle pour une association entre la Syntrophine et protéine ABCA1, ((ATP-binding cassette sub-family A member 1). Ce modèle de l’interaction entre la protéine  ABCA1 et la Syntrophine qui suppose une  augmentation du pool de monomère stable d’ABCA1 est capable  interaction directe  avec l’apoA-I (= Apolipoprotein A-I, participe au transport inverse du cholestérol),  mais n’est pas actif pour un efflux lipidique. Par conséquent, lorsqu’il est  perturbé, bien que le niveau d’expression de  la protéine ABCA1 totale soit réduit, l’équilibre est déplacé  d’un état monomérique vers un état dimérique qui sera lui actif  pour l’efflux des lipides, ainsi que l’activité d’efflux de la cellule globale reste inchangée. Un schéma récapitulatif permet de résumer ces divers types de situations comme cela est présenté ci-contre.

En conclusion

 

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

A)      Chaque isoforme de Syntrophine 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 :SYNTROPHIN, ALPHA-1; SNTA1

Pathologies associées:LONG QT SYNDROME 12; LQT12

Protéine :SYNTROPHIN, BETA-1; SNTB1

Pathologies associées:Pas de mutation décrite à ce jour (2016). *voir chez la souris mdx le rôle de la Syntrophine bêta1

Protéine :SYNTROPHIN, BETA-2; SNTB2

Pathologies associées:Pas de mutation décrite à ce jour (2016). *voir analyse au niveau de la jonction celllule-cellule de la Syntrophine Bêta2

Protéine :SYNTROPHIN, GAMMA-1; SNTG1

Pathologies associées:Pas de mutation décrite à ce jour (2016).  *voir  Le traffic cellulaire en rapport avec la Gamma1 Syntrophine

Protéine :SYNTROPHIN, GAMMA-2; SNTG2

Pathologies associées:Pas de mutation décrite à ce jour (2016). voir Une revue récente  sur les Syntrophines