SOD1

La superoxide dismutase [Cu-Zn] aussi connue comme SOD1 est une enzyme ubiquitaire codée par le gène SOD1 situé sur le chromosome 21 humain. Elle appartient a la superfamille des superoxyde dismutases, et est impliquée dans les mécanismes de l'apoptose ainsi que dans la sclérose latérale amyotrophique.

SOD1
Structures disponibles PDB Recherche d'orthologue: PDBe RCSB Identifiants PDB 1AZV, 1BA9, 1DSW, 1FUN, 1HL4, 1HL5, 1KMG, 1L3N, 1MFM, 1N18, 1N19, 1OEZ, 1OZT, 1OZU, 1P1V, 1PTZ, 1PU0, 1RK7, 1SOS, 1SPD, 1UXL, 1UXM, 2AF2, 2C9S, 2C9U, 2C9V, 2GBT, 2GBU, 2GBV, 2LU5, 2MP3, 2NNX, 2R27, 2V0A, 2VR6, 2VR7, 2VR8, 2WKO, 2WYT, 2WYZ, 2WZ0, 2WZ5, 2WZ6, 2XJK, 2XJL, 2ZKW, 2ZKX, 2ZKY, 3CQP, 3CQQ, 3ECU, 3ECV, 3ECW, 3GQF, 3GTV, 3GZO, 3GZP, 3GZQ, 3H2P, 3H2Q, 3HFF, 3K91, 3KH3, 3KH4, 3LTV, 3QQD, 3RE0, 3T5W, 4A7G, 4A7Q, 4A7S, 4A7T, 4A7U, 4A7V, 4B3E, 4BCY, 4BCZ, 4BD4, 4FF9, 4MCM, 4MCN, 4NIN, 4NIP, 4OH2, 4XCR
Identifiants
Aliases	SOD1
IDs externes	OMIM: 147450 MGI: 98351 HomoloGene: 392 GeneCards: SOD1
Position du gène (Homme) Chr. Chromosome 21 humain[1] Locus 21q22.11 Début 31,659,666 bp[1] Fin 31,668,931 bp[1]
Position du gène (Souris) Chr. Chromosome 16 (souris)[2] Locus 16 C3.3|16 51.56 cM Début 90,017,642 bp[2] Fin 90,023,217 bp[2]
Expression génétique Bgee Humain Souris (orthologue) Fortement exprimé dans pont Pars compacta ganglion sensitif d’un nerf spinal lateral nuclear group of thalamus noyau vestibulaire supérieur pars reticulata right lobe of liver Brodmann area 10 right adrenal cortex hypothalamus Fortement exprimé dans otolith organ utricle Cellule de Paneth cumulus cell fosse primary oocyte vestibular sensory epithelium Epithelium of choroid plexus facial motor nucleus condyle Plus de données d'expression de référence BioGPS Plus de données d'expression de référence
Gene Ontology Fonction moléculaire liaison ion métal liaison enzymatique activité d'oxydoréductase superoxide dismutase activity protein homodimerization activity zinc ion binding liaison protéique copper ion binding protein phosphatase 2B binding chaperone binding antioxidant activity identical protein binding superoxide dismutase copper chaperone activity Composant cellulaire cytoplasme cytosol mitochondrial intermembrane space région extracellulaire mitochondrie neuron projection dendrite cytoplasm dense core granule noyau gaine de myéline peroxysome lysosome exosome matrice extracellulaire membrane plasmique secretory granule nucléoplasme soma Matrice mitochondriale vésicule cytoplasmique axon cytoplasm milieu extracellulaire complexe macromoléculaire Processus biologique negative regulation of neuron apoptotic process muscle cell cellular homeostasis response to copper ion Placentation response to amphetamine positive regulation of catalytic activity response to heat response to organic substance anterograde axonal transport spermatogenèse response to ethanol neurofilament cytoskeleton organization heart contraction implantation de l'embryon locomotory behavior thymus development removal of superoxide radicals regulation of GTPase activity transmission of nerve impulse response to antibiotic myeloid cell homeostasis response to oxidative stress reactive oxygen species metabolic process regulation of T cell differentiation in thymus retina homeostasis response to nutrient levels hydrogen peroxide biosynthetic process regulation of protein kinase activity negative regulation of cholesterol biosynthetic process cellular response to potassium ion retrograde axonal transport glutathione metabolic process response to antipsychotic drug negative regulation of apoptotic process cellular response to cadmium ion response to carbon monoxide regulation of blood pressure response to axon injury relaxation of vascular associated smooth muscle ovarian follicle development cellular response to ATP response to hydrogen peroxide superoxide metabolic process peripheral nervous system myelin maintenance response to superoxide positive regulation of cytokine production regulation of multicellular organism growth vieillissement platelet degranulation ouïe superoxide anion generation auditory receptor cell stereocilium organization regulation of mitochondrial membrane potential positive regulation of oxidative stress-induced intrinsic apoptotic signaling pathway positive regulation of apoptotic process positive regulation of superoxide anion generation regulation of organ growth cellular iron ion homeostasis response to reactive oxygen species cellular response to oxidative stress interleukin-12-mediated signaling pathway negative regulation of inflammatory response positive regulation of phagocytosis Sources:Amigo / QuickGO
Orthologues Espèces Homme Souris Entrez 6647 20655 Ensembl ENSG00000142168 ENSMUSG00000022982 UniProt P00441 P08228 RefSeq (mRNA) NM_000454 NM_011434 RefSeq (protéine) NP_000445 NP_035564 Localisation (UCSC) Chr 21: 31.66 – 31.67 Mb Chr 16: 90.02 – 90.02 Mb Publication PubMed [3] [4]
Wikidata
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Structure et fonctionnement

Structure globale

La SOD1 est un homodimère de 32kDa dont chaque monomère est formé de 153 acides aminés^[5].

Fonctionnement de l'enzyme

Le fonctionnement de SOD1 est basé sur l'interaction entre deux éléments : le cuivre (Cu²⁺), dont l'apport à l'enzyme est assuré par le chaperon Ccs1 (Copper Chaperone for SOD1) qui jouera le rôle de cofacteur catalytique pour l'enzyme^[5] ; et le zinc (Zn²⁺), qui interviendra dans la conformation de l'enzyme (ainsi, une carence en cuivre ou en zinc entraînera un manque de fonction de l'enzyme SOD1).

L'ion zinc est associé au sein de l'enzyme à un résidu aspartate (Asp) et à trois résidus histidine (His), dont l'un va permettre de former un pont histidine entre l'ion Zn²⁺ et l'ion Cu²⁺. Le superoxyde (O₂^-), substrat de l'enzyme, va se loger près du site actif par un phénomène électrostatique à travers un "entonnoir cationique"^[5]. Le superoxyde va donner un électron au site actif, entraînant la rupture du pont histidine. Cet échange d'électron va engendrer un changement de conformation de l'enzyme, qui va faire s'éloigner l'ion cuivre de l'ion zinc. Lors de l'arrivée d'un second radical superoxyde au niveau du site actif, l'ion cuivre précédemment réduit en Cu¹⁺ va être réoxydé en Cu²⁺, et l'électron échangé lors de la première étape va rejoindre la seconde molécule de superoxyde avec les deux protons, formant ainsi un peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). La réaction peut se résumer par la formule :

${\displaystyle {\ce {2O2- + 2H+ -> H2O2 + O2}}}$

L'ion H₂O₂ résultant sera ensuite pris en charge par la catalase, ou par la glutathion peroxydase selon l'environnement de l'ion.

Fonctions physiologiques

Le fonctionnement de l'enzyme SOD1 lui confère un rôle d'antioxydant crucial dans la prise en charge des ions superoxyde, produit toxique du processus de respiration mitochondriale. Elle va ainsi assurer la dismutation de ces ions en provenance de l'espace intermembranaire mitochondrial, du cytosol ou encore des peroxysomes^[6].

Elle va également être retrouvée dans le noyau des cellules où elle va agir comme un important facteur de transcription en réaction au stress oxydant. En effet, il a été retrouvé qu'en réponse à des concentrations élevées de H₂O₂, on va observer dans la cellule une relocalisation de SOD1 vers le noyau de la cellule^[7].

Physiopathologie

Sclérose latérale amytrophique

Les souris dépourvues de SOD1 (Cu-Zn-SOD cytosolique) développent une grande quantité de pathologies parmi lesquelles le cancer du foie, une accélération de la perte de masse musculaire avec l'âge, une incidence précoce de la cataracte et une espérance de vie réduite.

Dans la Sclérose latérale amyotrophique (SLA) familiale, les patients présentent dans 20% des cas des mutations des gènes codants SOD1. Actuellement plus d'une centaine mutations sont connues. Pour permettre d'étudier la maladie, des modèles souris ont été développés avec des surexpressions de la protéine SOD1 humaine muté (Gurney et al, 1994) , et donnent un gain de fonction toxique à la protéine. Ces souris développent des symptômes assimilés à la SLA.

Syndrome de Down

Le syndrome de Down est causé par la triplication du chromosome 21. La surexpression du gène SOD1 liée au chromosome 21 surnuméraire semble aboutir à une toxicité de l'enzyme au niveau de certains tissus cérébraux, avec en particulier une augmentation significative des taux de SOD1 dans le lobe temporal, le lobe pariétal et le lobe occipital des sujets^[8].

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1. GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000142168 - Ensembl, May 2017
2. GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000022982 - Ensembl, May 2017
3. « Publications PubMed pour l'Homme », sur National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine
4. « Publications PubMed pour la Souris », sur National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine
5. Gerald Litwack, Human biochemistry, Elsevier/Academic Press, 2018 (ISBN 978-0-12-383864-3, OCLC on1031214027, lire en ligne)
6. Elis Cristina Araujo Eleutherio, Rayne Stfhany Silva Magalhães, Aline de Araújo Brasil et José Raphael Monteiro Neto, « SOD1, more than just an antioxidant », Archives of Biochemistry and Biophysics, vol. 697,‎ 15 janvier 2021, p. 108701 (ISSN 0003-9861, DOI 10.1016/j.abb.2020.108701, lire en ligne, consulté le 5 octobre 2024)
7. (en) Chi Kwan Tsang, Yuan Liu, Janice Thomas et Yanjie Zhang, « Superoxide dismutase 1 acts as a nuclear transcription factor to regulate oxidative stress resistance », Nature Communications, vol. 5, n^o 1,‎ 19 mars 2014, p. 3446 (ISSN 2041-1723, DOI 10.1038/ncomms4446, lire en ligne, consulté le 5 octobre 2024)
8. T. Gulesserian, R. Seidl, R. Hardmeier et N. Cairns, « Superoxide dismutase SOD1, encoded on chromosome 21, but not SOD2 is overexpressed in brains of patients with Down syndrome », Journal of Investigative Medicine: The Official Publication of the American Federation for Clinical Research, vol. 49, n^o 1,‎ janvier 2001, p. 41–46 (ISSN 1081-5589, PMID 11217146, DOI 10.2310/6650.2001.34089, lire en ligne, consulté le 5 octobre 2024)