Calpaïne

Les calpaïnes (EC 3.4.22.52, EC 3.4.22.53) sont des protéases à cystéine, non-lysosomiales, dont l'activité, de type papaïne, est dépendante du calcium. Ces enzymes sont responsables de la protéolyse neutre calcium-dépendante. Les calpaïnes possèdent un domaine leur permettant d'interagir avec le calcium. Ce domaine, fortement homologue à la calmoduline, est dit calmodulin-like et présente des structures EF-Hand capables de lier les ions calcium.

Le site actif des calpaïnes est constitué de trois acides aminés (triade catalytique): Cystéine (C), Histidine (H) et Asparagine (N).

Historique

L'histoire des calpaïnes débute au milieu des années 1960 lorsque des activités protéolytiques calcium-dépendantes ont été détectées dans le cerveau, le cristallin et d'autres tissus. Les enzymes responsables de cette protéolyse furent appelées CAPN pour calcium-activated neutral proteases. Les deux premières enzymes (calpaïnes 1 et 2) furent isolées en 1964 par Guroff. Leurs activités de type papaïne dépendantes du calcium, non-lysosomiales et nécessitant un pH neutre les différencient clairement des cathepsines. Le nom calpaïne est choisi par contraction de calcium et de papaïne. Depuis, plusieurs autres calpaïnes ont été identifiées. De plus, certaines protéines déjà découvertes telles que nCL-2, nCL-4 et SolH, se sont révélées être des calpaïnes et ont donc été reclassées dans cette famille de protéase. Le nom de ces protéines ne permettant pas de les identifier clairement comme des calpaïnes, une nouvelle nomenclature  a été mise en place par la FASEB en 2001.

La dernière calpaïne a été identifiée en 2001, portant le nombre des calpaïnes à 14.

Fonctions physiologiques et enjeux médicaux

Elles sont encore mal comprises, mais en 2016, on sait qu'une activité anormale (dérégulée) des calpaïnes joue un rôle important dans de nombreuses maladies, dont le diabète, la dystrophie musculaire, les maladies cardiovasculaires et pulmonaires, la neurodégénérescence, et le cancer[1].

Nomenclature

La nomenclature actuelle, mise en place en 2001 lors de la FASEB Summer Research Conferences, distingue 14 calpaïnes différentes, de la calpaïne 1 à la calpaïne 15 (on notera l'absence de calpaïne 4), codées par les gènes capn1 à capn15. L'ancienne calpaïne 4 correspond à une sous-unité régulatrice capable de s'hétérodimériser avec les calpaïnes 1 et 2. Ne possédant pas d'activité protéolytique, elle a été rebaptisée Css1 pour Calpain Small Subunit 1. Une seconde sous-unité régulatrice a été identifiée en 2002 et baptisée Css2.

Le tableau suivant résume la nouvelle nomenclature :

Différentes calpaïnes Gènes capn Anciens ou autres noms utilisés Année d'identification EF-Hand Tissus
Calpaïne 1 capn1CAPN1 ou µ-calpaïne1964+ubiquitaire
Calpaïne 2 capn2CAPN2 ou m-calpaïne1964+ubiquitaire
Calpaïne 3 capn3nCL-1 ou p941989+muscle squelettique, cristallin, rétine
Calpaïne 5 capn5htra3, nCL-31997-ubiquitaire
Calpaïne 6 capn6CAPNX, calpamoduline1997-placenta, utérus
Calpaïne 7 capn7palBX1999-ubiquitaire
Calpaïne 8 capn8nCL-21993+estomac
Calpaïne 9 capn9nCL-41998+appareil digestif
Calpaïne 10 capn10CAPN10 ou CAPN82000-ubiquitaire
Calpaïne 11 capn11CAPN111999+testicules
Calpaïne 12 capn12CAPN122000+ubiquitaire
Calpaïne 13 capn13CAPN132001+testicules, poumon
Calpaïne 14 capn14CAPN142001-ubiquitaire
Calpaïne 15 capn15SolH-ubiquitaire
Sous-unités régulatrices Gènes Anciens noms utilisés Année d'identification EF-Hand Tissus
Css1 capn-s1 ou cpns1calpaïne 4 ou CAPN41964+ubiquitaire
Css2 capn-s2 ou cpns22002+tissu-spécifique (à déterminer)

Classifications

Les calpaïnes sont classées selon deux classifications différentes.

  • La première est basée sur la présence ou l'absence de structures EF-Hand permettant la fixation du calcium. Les calpaïnes possédant ces structures sont dites "conventionnelles" ou "typiques". À l'inverse, les calpaïnes dépourvues d'EF-Hand sont dites atypiques.
    • Calpaïnes typiques : Calpaïnes 1, 2, 3, 8, 9, 11, 12 et 13.
    • Calpaïnes atypiques : Calpaïnes 5, 6, 7, 10, 14 et 15.
  • La seconde classification est basée sur la localisation des enzymes, distinguant des calpaïnes ubiquitaires, présentes dans toutes les cellules de l'organisme, quel que soit le tissu considéré, et les calpaïnes tissu-spécifiques, exprimées uniquement dans certains tissus.
    • Calpaïnes ubiquitaires : Calpaïnes 1, 2, 5, 7, 10, 12, 14 et 15.
    • Calpaïnes tissu-spécifiques : Calpaïnes 3, 6, 8, 9, 11 et 13.

Notes et références
  1. The Biology of Calpains in Health & Disease 17 au 22 juillet 2016 ; organisée par la FASEB, Lieu : Big Sky, MT, United States (Website)

Liens externes

Bibliographie
  • Goll, D. E., Thompson, V. F., Li, H., Wei, W., & Cong, J. (2003). The calpain system. Physiol. Rev., 83(3): 731-801. PMID 12843408
  • Guroff, G. (1964). A neutral, calcium-activated proteinase from the soluble fraction of rat brain. J. Biol. Chem., 239: 149-155. PMID 14114836
  • (en) Liu J, Liu MC, Wang KK, « Calpain in the CNS: from synaptic function to neurotoxicity », Sci Signal, vol. 1, no 14,‎ , re1 (PMID 18398107, DOI 10.1126/stke.114re1)
  • Schad, E., Farkas, A., Jekely, G., Tompa, P., & Friedrich, P. (2002). A novel human small subunit of calpains. Biochem. J., 362: 383-388. PMID 11853546
  • (en) Suzuki K, Hata S, Kawabata Y, Sorimachi H, « Structure, activation, and biology of calpain », Diabetes, vol. Suppl 1,‎ , S12–8 (PMID 14749260, DOI 10.2337/diabetes.53.2007.s12)
  • Yuen P-W, Wang KW, Calpains : Pharmacology and Toxicology of a Cellular Protease, Boca Raton, CRC Press, (ISBN 1-56032-713-8)

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