La voie ubiquitine-protéasome est une voie intracellulaire qui permet à une cellule de digérer des protéines anciennes, et donc peu susceptibles de bien fonctionner, ou des protéines mal formées lors de leur création. Sans les protéines de suivi de la voie ubiquitine-protéasome qui ne fonctionnent pas avec autant d’efficacité que les protéines plus récentes, une cellule finirait par gaspiller de précieuses ressources biologiques, ce qui aurait un effet négatif sur l’ensemble de l’organisme, que cet organisme soit unicellulaire ou multi- cellulaire. Cette voie est omniprésente – tout comme l’« ubiquitine » bien nommée – et peut être trouvée dans des organismes allant des archébactéries unicellulaires aux êtres humains.
L’ubiquitination est un processus qui, comme son nom l’indique, se produit avec la plupart des molécules de protéines cellulaires. Comme les protéines cellulaires passent par des processus métaboliques ou d’autres cycles biologiques, elles sont souvent ubiquitinées avec l’utilisation et la répétition cyclique. Il s’agit d’un indicateur biologique de l’âge ou de l’utilisation d’une certaine protéine. En marquant une protéine avec des chaînes d’ubiquitine qui indiquent combien de fois une protéine a été cyclée, une cellule a un moyen de savoir quelles protéines se décomposent et doivent être digérées, ouvrant la voie à de nouvelles protéines créées par les constituants d’acides aminés recyclés qui résulter de cette panne.
Pour certaines molécules, l’ubiquitination peut modifier la fonction d’une protéine, de la même manière que la phosphorylation peut le faire. Un seul cas d’ubiquitination ne marque pas une protéine pour la digestion par le protéasome. La poly-ubiquitination, cependant, marque une protéine pour la dégradation dans la voie ubiquitine-protéasome en shuntant cette molécule poly-ubiquitinée dans le protéasome.
La voie ubiquitine-protéasome est entraînée par l’adénosine triphosphate (ATP), une source d’énergie intracellulaire courante. Les enzymes associées à l’ubiquitination, comme E1, E2, E3 et E4, facilitent l’ubiquitination des protéines, que cette protéine ne soit marquée qu’une seule fois ou qu’elle devienne poly-ubiquitinée. Il existe de nombreuses variantes différentes d’enzymes spécifiques au sein de ces familles d’enzymes E1-E4. Lorsque la protéine poly-ubiquitinée est finalement acheminée vers le protéasome, de l’ATP doit également être fourni pour que le protéasome ait suffisamment d’énergie d’activation pour rompre les liaisons de la protéine marquées pour la dégradation.
La voie ubiquitine-protéasome peut ainsi être considérée comme un recycleur de protéines intracellulaires. Il sépare les protéines anciennes ou mal repliées en unités plus petites – acides aminés ou petits groupes d’acides aminés – qui peuvent ensuite être utilisées par la cellule pour créer de nouvelles protéines. Alors que la poly-ubiquitination est la cause la plus fréquente de dégradation des protéines induite par le protéasome, le protéasome peut également décomposer les protéines dysfonctionnelles ou mal repliées d’une manière indépendante de l’ubiquitine. Étant donné que le protéasome joue un rôle utile dans le fonctionnement du système immunitaire, certaines molécules intracellulaires peuvent également être dégradées par le protéasome en raison de la présentation de l’antigène en raison des réponses du système immunitaire intracellulaire.