Les phosphatases agissent en opposition aux kinases/phosphorylases, qui ajoutent des groupes phosphates aux protéines. L’ajout d’un groupe phosphate peut activer ou désactiver une enzyme (par exemple, les voies de signalisation des kinases) ou permettre à une interaction protéine-protéine de se produire (par exemple, les domaines SH2 ) ; les phosphatases font donc partie intégrante de nombreuses voies de transduction du signal. L’addition et l’élimination de phosphates ne correspondent pas nécessairement à l’activation ou à l’inhibition de l’enzyme, et plusieurs enzymes ont des sites de phosphorylation distincts pour activer ou inhiber la régulation fonctionnelle. La CDK, par exemple, peut être activée ou désactivée en fonction du résidu d’acide aminé spécifique qui est phosphorylé. Les phosphates sont importants dans la transduction du signal car ils régulent les protéines auxquelles ils sont attachés. Pour inverser l’effet régulateur, le phosphate est éliminé. Cela se produit tout seul par hydrolyse, ou est médié par des protéines phosphatases.
La phosphorylation des protéines joue un rôle crucial dans les fonctions biologiques et contrôle presque tous les processus cellulaires, y compris le métabolisme, la transcription et la traduction des gènes, la progression du cycle cellulaire, le réarrangement du cytosquelette, les interactions protéine-protéine, la stabilité des protéines, le mouvement cellulaire et l’apoptose. Ces processus dépendent des actions hautement régulées et opposées des PK et PP, par le biais de changements dans la phosphorylation de protéines clés. La phosphorylation des histones, ainsi que la méthylation, l’ubiquitination, la sumoylation et l’acétylation, régulent également l’accès à l’ADN par la réorganisation de la chromatine.
L’un des principaux commutateurs de l’activité neuronale est l’activation des PKs et PPs par une élévation du calcium intracellulaire. Le degré d’activation des différentes isoformes de PKs et PPs est contrôlé par leurs sensibilités individuelles au calcium. En outre, un large éventail d’inhibiteurs spécifiques et de partenaires de ciblage, tels que des protéines d’échafaudage, d’ancrage et d’adaptation, contribuent également au contrôle des PK et des PP et les recrutent dans des complexes de signalisation dans les cellules neuronales. Ces complexes de signalisation agissent généralement pour amener les PK et PP à proximité des substrats cibles et des molécules de signalisation, et pour améliorer leur sélectivité en limitant l’accessibilité à ces protéines substrats. Les événements de phosphorylation sont donc contrôlés non seulement par l’activité équilibrée des PK et PP, mais aussi par leur localisation restreinte. Les sous-unités et domaines régulateurs servent à restreindre des protéines spécifiques à des compartiments subcellulaires particuliers et à moduler la spécificité des protéines. Ces régulateurs sont essentiels pour maintenir l’action coordonnée des cascades de signalisation qui, dans les cellules neuronales, comprennent la signalisation à court terme (synaptique) et à long terme (nucléaire). Ces fonctions sont, en partie, contrôlées par la modification allostérique par des messagers secondaires et la phosphorylation réversible des protéines.
On pense qu’environ 30% des PP connus sont présents dans tous les tissus, les autres montrant un certain niveau de restriction tissulaire. Alors que la phosphorylation des protéines est un mécanisme de régulation à l’échelle de la cellule, de récentes études de protéomique quantitative ont montré que la phosphorylation cible préférentiellement les protéines nucléaires. De nombreux PP qui régulent les événements nucléaires sont souvent enrichis ou exclusivement présents dans le noyau. Dans les cellules neuronales, les PP sont présentes dans de multiples compartiments cellulaires et jouent un rôle critique aux pré- et post-synapses, dans le cytoplasme et dans le noyau où elles régulent l’expression des gènes.
La phosphoprotéine phosphatase est activée par l’hormone insuline, qui indique une concentration élevée de glucose dans le sang. L’enzyme agit alors pour déphosphoryler d’autres enzymes, comme la phosphorylase kinase, la glycogène phosphorylase et la glycogène synthase. La phosphorylase kinase et la glycogène phosphorylase deviennent alors inactives, tandis que la glycogène synthase est activée. En conséquence, la synthèse du glycogène est augmentée et la glycogénolyse est diminuée, et l’effet net est que l’énergie entre et est stockée à l’intérieur de la cellule.
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