La protéine ubiquitine (Ub) est une protéine régulatrice présente dans tous les tissus des organismes eucaryotes, qui sont ceux qui ont des structures cellulaires complexes entourées de membranes. Les animaux, les plantes et les champignons sont inclus dans cette catégorie. Le rôle principal de la protéine ubiquitine est de marquer d’autres protéines en vue de leur destruction. Lorsqu’au moins quatre s’attachent à une autre protéine, la cellule commence à la désassembler.
Composée d’une séquence de seulement 76 acides aminés, la protéine ubiquitine varie peu d’un organisme à l’autre. Il n’y a qu’une légère différence entre la version humaine et celle trouvée dans la levure, suggérant que sa structure est essentielle pour la fonction cellulaire complexe. La séquence aminée a été conservée au cours de l’histoire de l’évolution.
Les cellules construisent en permanence des protéines qui remplissent des fonctions spécifiques. Le désassemblage de ce type de protéine est un moyen efficace de s’assurer que le processus qui lui est associé est stoppé. La protéine ubiquitine joue un rôle central dans l’élimination des protéines qui ne sont plus nécessaires. Dans un procédé appelé ubiquitination, les protéines à recycler reçoivent une étiquette moléculaire, la protéine ubiquitine.
On pense que les protéines régulatrices qui ont terminé leur fonction déclenchent un signal qui attire la protéine ubiquitine. Trois types d’enzymes sont nécessaires pour compléter l’attachement. E1, ou enzymes activant Ub, mettent l’ubiquitine dans un état réactif. L’attachement à la protéine est catalysé par E2, ou les enzymes de conjugaison d’Ub. Un troisième type d’enzyme, E3, travaille pour identifier la protéine à éliminer.
Un même organisme peut contenir de nombreuses versions différentes de ces enzymes. Il existe par exemple plus d’une douzaine de variantes de l’enzyme E2 dans la levure. On pense qu’une combinaison de ces variantes facilite le marquage par l’ubiquitine des protéines associées à des fonctions spécifiques.
Une protéine identifiée par quatre balises ou plus est introduite dans le protéasome, une structure creuse qui décompose les protéines en parties individuelles. L’étiquette de protéine d’ubiquitine agit comme une clé chimique pour ouvrir le protéasome. Lorsque le démontage commence, les balises Ub sont libérées et peuvent être réutilisées. Le prix Nobel de chimie 2004 a été décerné aux découvreurs de ce procédé.
La protéine ubiquitine joue un rôle central dans de nombreux processus cellulaires différents. Un dysfonctionnement dans les processus médiés par Ub peut conduire à un certain nombre de conditions pathologiques. Certains cancers, troubles du système immunitaire et maladies nerveuses dégénératives ont été liés à un mauvais fonctionnement de l’Ub, suggérant des options de traitement possibles ou des pistes de recherche.