L’ubiquitination des protéines est un processus de régulation qui se produit dans une cellule pour dégrader les molécules de protéines. Au cours du processus, de petites protéines connues sous le nom d’ubiquitines se fixent aux molécules de protéines qui doivent être dégradées. Ces molécules d’ubiquitine signalent efficacement la dégradation de la protéine par un protéosome ou un dégradeur de protéine. L’ubiquitination des protéines comporte plusieurs étapes, qui sont toutes importantes pour les processus cellulaires normaux, car les cellules créent et dégradent constamment de nouvelles protéines en réponse aux changements environnementaux.
Premièrement, la molécule d’ubiquitine doit être activée afin de marquer d’autres protéines, une étape qui est accomplie par l’enzyme d’activation de l’ubiquitine, E1. Cette étape de l’ubiquitination des protéines est dépendante de l’énergie, ce qui signifie qu’elle nécessite que la cellule dépense de l’énergie via l’adénosine triphosphate (ATP). E2, ou enzyme de conjugaison de l’ubiquitine, est utilisée dans la deuxième étape du processus, où une autre réaction chimique connue sous le nom de transthioestérification se produit.
Une fois que l’ubiquitine a passé ces deux étapes, elle se lie à E3, ou ubiquitine-protéine ligase. Il existe plus de 100 enzymes E3 dans les cellules humaines, chacune étant spécifique d’une protéine, connue sous le nom de substrat ou protéine cible. Comme il existe également de nombreuses molécules E2, les différentes combinaisons des trois enzymes principales permettent un haut niveau de spécificité pour chaque substrat. Cela aide une cellule à surveiller attentivement les conditions intracellulaires et à rationaliser le processus de sélection des protéines pour la dégradation. L’enzyme E3 activée se liera à la fois au substrat et à la molécule d’ubiquitine, joignant les deux molécules et assurant l’ubiquitination des protéines dans toute la cellule.
Au moins trois ou quatre molécules d’ubiquitine sont généralement nécessaires pour signaler que le substrat protéique doit être dégradé par le protéosome. Une ubiquitination supplémentaire des protéines peut souvent être accomplie par le même E3 qui initie la première addition d’une molécule d’ubiquitine. Une fois que le substrat a une chaîne d’ubiquitine suffisamment longue, le protéosome l’enveloppera et le dégradera à nouveau en acides aminés, les éléments constitutifs des protéines plus grosses.
L’ubiquitination des protéines ne signale pas toujours la dégradation d’une molécule. Les molécules d’ubiquitine dirigent parfois un substrat vers une autre partie de la cellule, tandis que d’autres fois, elles modifient simplement sa fonction. Lorsque l’ubiquitine est utilisée à ces fins de signal, elle est généralement présente sous la forme d’une seule unité attachée, bien qu’il existe quelques rares cas où plus d’une molécule d’ubiquitine agira toujours pour modifier, par opposition à se dégrader. Les cellules contiennent également des enzymes spéciales appelées deubiquitinases qui peuvent éliminer les molécules d’ubiquitine des protéines marquées et inverser le processus.