Ces clivages générés par les proprotéines convertases Kexin (PCKs) peuvent soit activer le précurseur apparenté en libérant des produits bioactifs, soit l'inactiver en éliminant des fragments bioactifs. Les substrats de (PCs) sont des précurseurs d'hormones, de facteurs de croissance, de récepteurs, de facteurs de transcription, de glycoprotéines de surface, etc.

Les différents domaines et positions de N-glycosylation sont mis en évidence, ainsi que les domaines primaires (représentés par des flèches gris clair et une double flèche gris clair pour SKI-1), ainsi que par les sites de traitement auto catalytique secondaires (représentés par des flèches gris foncé). La proprotéine convertase 4 (PC4), PC7 et PCSK9 n’ont qu’un site primaire, et seule PC5 présente deux formes alternatives, à savoir PC5A et PC5B. Les proprotéines convertases humaines liées à la membrane comprennent  furine, PC4, PC5B, PC7 et SKI-1. La présence d'un peptide signal, d'un prosegment et d'un domaine catalytique est commune à toutes les convertases et représente la  triade typique des résidus catalytiques Asp, His et Ser. ainsi que le résidu Asn comprenant le trou oxyanion (Asp pour PC2). Le domaine carboxy-terminal de chaque convertase contient des séquences uniques régulant leur localisation et trafic cellulaire. PC5 et l'enzyme de clivage appariée des acides aminés basiques  PACE4 contiennent un domaine spécifique riche en Cys, qui se lie aux protéoglycanes sulfate de l'héparane à la surface de la cellule et à la matrice extracellulaire. En revanche, PCSK9 présente un domaine riche en Cys-His (CHRD) nécessaire au trafic du complexe PCSK9 – LDLR (récepteur des lipoprotéines de basse densité) vers les endosomes et les lysosomes.

Découverte des proprotéines convertases (1990-2003). Nabil G. Seidah a identifié et cloné 7/9 membres de la famille PCs. PC1, PC2 (DNA 1990, Mol Endo 1991); PC4 (Mol Endo 1992); PC5 (PNAS 1993); PC7 (PNAS 1996); SKI-1 (PNAS 1999) et PCSK9 (PNAS 2003). Furine (1990) et PACE4 (1991) ont été identifiées par un groupe néerlandais. Ce fut une contribution majeure pour définir des mécanismes moléculaires qui sont à la base de la génération cellulaire de peptides/protéines acrivés à partir de précurseurs sécrétés.

À la sortie du réticulum endoplasmique (ER), la plupart des proprotéines convertases basiques spécifiques des acides aminés traversent l'appareil de Golgi, en direction du réseau trans-Golgi (TGN). À ce point de ramification, les proprotéines convertases PC1 et PC2 sont triées en granules de sécrétion immatures où elles sont activées, clivent les hormones polypeptidiques et sont stockées dans des granules de sécrétion à noyau dense (SGs) attendant des signaux pour la régulation de la sécrétion. Inversement, furine, PC5, et PACE4 atteignent la surface cellulaire à partir du TGN. PC7 est capable d’atteindre la même destination à partir du TGN et par une voie de sécrétion non conventionnelle directement à partir du ER. Lors de la liaison à l’héparane sulfate protéoglycane (HSPG) et des inhibiteurs tissulaires des métalloprotéinases, PC5A et PACE4 sont retenues à la surface cellulaire et/ou à la matrice extracellulaire. La furine liée à la membrane, PC5B et PC7, sont recyclées à travers les endosomes vers le TGN. L'isoenzyme 1 de la subtilisine kexine (SKI-1) activée et liée à la membrane est principalement concentrée dans les cis et medial-Golgi, d'où elle est ensuite envoyée aux lysosomes pour qu'elle se dégrade et n'atteint pas la surface de la cellule. La proprotéine convertase subtilisine kexine 9 (PCSK9) est sécrétée directement du TGN dans le milieu sous la forme d'un complexe de la protéase et de son prosegment ,non covalent et enzymatiquement inactif. Lors de la liaison au récepteur des lipoprotéines de basse densité (LDLR) à la surface de la cellule, le complexe PCSK9 – LDLR est internalisé dans des endosomes puis envoyé aux lysosomes pour être dégradé.

L'identification inattendue de 7B2 (FEBS Lett & Arch Biochem Biophys 1982/83), une protéine 186 acides aminés (aa) trouvée dans les granules à corps dense des cellules neurales et endocrines, a été faite 13 ans avant la découverte de sa fonction principale, c'est-à-dire de chaperonner l'activité fonctionnelle de PC2 (FEBS Lett 1995). Le clonage de l'ARNm de 7B2 et le KO de son gène ont révélé des fonctions liées à PC2 (Biochem J 2001) et de nouvelles fonctions régulant l'agressivité (JBC 2013). La sortie de pro7B2 du réticulum endoplasmique (ER) et son traitement dans le réseau Trans Golgi (TGN) par la furine pour générer un peptide C-terminal (CT) inhibant l'activité de PC2. Le peptide CT est ensuite inactivé par PC2 dans des granules de sécrétion immatures (ISG).

La découverte séminale de la β-endorphine, sa séquence et son activité morphinomimétique (Lancet, 1976, Can J Biochem & BBRC 1976); le traitement des précurseurs POMC et pro-Insulin ont été des points de repère dans les hormones peptidiques et la génération de peptides fonctionnels multiples (ACTH, α, β, γ-MSH, β-endorphine, insuline) via une protéolyse limitée à des résidus basiques spécifiques (PNAS 1978,1979; Int J Pept Protein Res 1984) annonciatrice de la découverte future des protéases apparentées; les proprotéines convertases (PCs).

Les autoradiogrammes montrent l'expression de PC7 dans les régions du cerveau, l'hypophyse, le système digestif, les tissus reproducteurs et divers organes périphériques. L'ARN total (5 mg) a été placé dans chaque piste. La forme majoritaire de PC7 observée est de 4,2 kb. On peut aussi observer parfois une bande de moindre intensité migrant à 6,5 kb. La sonde d'ARN complémentaire rPC7 utilisée était de 285 pb, contenant 982-1266 nt. Les films radiographiques ont été exposés pendant 3 jours.

Histochimie par hybridation in situ de la distribution de l'ARNm de PC7 dans le cerveau (A), l'hypophyse (B), le thymus (C), le cervelet (D), le testicule (E) et la rate (F) de rat. Les radiographies ont duré de 4 à 7 jours. La sonde d'ARN complémentaire rPC7 antisens 742-nt représente nt 2170-21111. Pour les contrôles, des coupes adjacentes pour chacun de ces tissus ont été hybridées avec la sonde PC7 longueur et d'activité spécifique égales. Aucun signal d'hybridation n'a été observée dans aucun de ces contrôles (données non présentées). noyau arqué de l'hypothalamus (Arc); noyau hypothalamique dorsomédien (DMH); noyau hypothalamique ventromédial (VMH); gyrus denté (DG); noyau habénulaire (Hb); lobe antérieur de l'hypophyse (AL); lobe neural de l'hypophyse (NL); lobe intermédiaire de l'hypophyse (IL); couche granulaire du cervelet (GL); cortex du thymus (C); médulla du thymus (M); WP, pulpe blanche de la rate. A, 32,7; B, 36,5; C, 32,5; D, 33,0; E, 32,9; F, 32,5.

La PCSK9 taguée par V5 ou son mutant de site actif H226A ont été exprimés de manière transitoire dans des cellules HEK293. Le lendemain, les cellules ont été marquées suivi d’une chasse avec du [35S] Met/Cys pendant 4 h. Les extraits cellulaires (C) et le milieu (M) ont été immunoprécipités avec un anticorps V5 et les précipités ont été révélés par SDS/PAGE sur un gel à 8% de tricine. Les positions de migration de masse moléculaire standard (kDa), de proPCSK9, de PCSK9 et du prosegment sont montrés (flèches), de même que le produit clivé par la furine. Notez que le mutant de site actif n'est ni clivé ni sécrété, soulignant la nécessité d'un clivage autocatalytique du prodomain pour que PCSK9 soit sécrété et quitte le RE.

Représentation schématique de proPCSK9 (75 kDa, 692 aa) et de sa forme traitée PCSK9 (62 kDa) liés de manière non covalente au prodomain / (pro; 15 kDa) traité de manière autocatalytique par VFAQ152-SIP. Notez les résidus de site actif Asp, His et Ser et le trou oxyanion Asn, ainsi que le site de N-glycosylation unique (en bleu).

Des niveaux élevés de PCSK9 (partie gauche du graphique) ou des formes gain de fonction (GOF) qui accentuent la dégradation du LDLR suite à l'endocytose du complexe PCSK9 – LDLR dans les vésicules recouvertes de clathrine, ainsi que le LDL, entraînant la dégradation du complexe PCSK9 – LDLR lysosomes. Cela se traduit par de faibles niveaux de LDLR à la surface des cellules et une augmentation des niveaux de LDL-c en circulation. De faibles niveaux de PCSK9 ou perte de fonction (LOF) entraînent une augmentation des taux de LDLR à la surface des cellules, recyclés à la surface après le transfert des particules de LDL aux endosomes/lysosomes. Les anticorps monoclonaux de PCSK9 (mAb PCSK9) ciblent la voie extracellulaire en confinant la PCSK9 extracellulaire, empêchant ainsi sa liaison au LDLR.

Des hépatocytes primaires isolées chez des souris knock-out PCSK9 mâles âgées de 12 semaines ont été incubées avec environ 5 µg/ml de PCSK9 purifiée humaine pendant 5 h à 37°C, en absence (haut) ou présence (bas) de 0,35 µM) d'evolocumab, un inhibiteur monoclonal de PCSK9.. Après les 3 premières heures d'incubation, ont été ajoutés 5 µg/ml de DiI-LDL fluorescent (rouge) pour mesurer l'internalisation des LDL pendant les 2 heures suivantes. Après les 5 heures d'incubation, les cellules ont été fixées pour analyse. Le niveau de LDLR à la surface cellulaire (vert) a été mesuré par immunocytochimie avec un anticorps anti-LDLR de souris. Les noyaux sont colorés au DAPI (bleu). Notez l’augmentation de l’immunomarquage à la surface des cellules (vert) des LDLR et l’internalisation de DiI-LDL (rouge) en présence de l’anticorps monoclonal (mAb). Échelle, 25 μm.

Les domaines cliniques pertinents pour chaque PC sont indiqués. À ce jour, seul PCSK9 est ciblée cliniquement à l'aide d'un anticorps monoclonal (mAb). Ces mAbs sont utilisés pour le traitement de l'hypercholestérolémie et sont très prometteurs pour la prévention du choc septique. Dans ce schéma, les chevauchements entre les domaines cliniques des PCs sont uniquement qualitatifs. Le diabète est lié aux PC1/3 et PC2 par le traitement de l'insuline. Les cancers sont principalement régulés par la furine, PC5/6 et PACE4 (prostate) via le traitement des facteurs de croissance et de leurs récepteurs. La plupart des glycoprotéines de surface virales sont traitées par la furine et, dans certains cas, par SKI-1/S1P (arenavirus). La synthèse du cholestérol et des triglycérides (TGs) sont régulés par SKI-1/S1P et la capture du LDL-c par PCSK9. La convertase PC4 joue un rôle unique dans la fertilité et la PC7 dans le métabolisme du fer et l'anxiété / la dépression. Enfin, chez l’être humain, PC1/3, PC5/6 et PACE4 sont génétiquement liés à l’obésité, aux anomalies du développement et à la douleur liée à l’arthrose, respectivement.