Les voies de transduction

La signalisation intracellulaire

GLOBALEMENT

La signalisation intracellulaire peut être assimilée à un réseau informatique (ou un système d’engrenages complexes) et est constituée de protéines, ou molécules de signalisation, qui s’interagissent et se chevauchent.
Elle permet à une cellule de répondre aux signaux provenant des autres cellules et de l’environnement.
Sa régulation précise permet de maintenir un équilibre dans l’organisme et son altération est à l’origine de troubles diverses, dont certains cancers.

UNE SIGNALISATION RÉGULÉE

Elle nécessite une reconnaissance précise des stimuli via des récepteurs spécifiques qui peuvent être classées en 3 familles :

  • Les récepteurs couplés aux canaux ioniques
  • Les récepteurs couplés aux protéines G
  • Les récepteurs couplés aux enzymes.


L'ACTIVATION DU RÉCEPTEUR PAR SON LIGAND

Son rôle

Elle déclenche une cascade d’événements intracellulaires et aboutit à une modification du comportement de la cellule.

L’activation d’une protéine de signalisation s’effectue habituellement par addition d’un groupement phosphate, le plus souvent au moyen d’une phosphorylation par une protéine-kinase qui, selon le résidu phosphorylé,est une tyrosine-kinase,une sérine-kinase ou une thréonine-kinase.

Son inhibition s’effectue par soustraction du groupement phosphate par une protéine-phosphatase.

Les grandes voies de signalisation

Les voies de signalisation des MAPKc, de NF-κB, de PI3K, de JAK-STAT, des TLR et NLR constituent les grandes voies de transduction tout comme les voies dépendantes du Ca2++, de l’AMP cyclique et des PKA et PKC.

Les voies des MAPK (Mitogen-activated protein kinases) et de NF-κB

Elles sont capitales pour le système car elles régulent la survie, la croissance, la différenciation et la mort cellulaires, la réponse immune et la production de cytokines inflammatoires, de protéines matricielles et de protéases.

La voie MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases),

Elle est activée en aval de la plupart des récepteurs des facteurs de croissance.

C’est une cascade essentielle de signaux de transduction qui contrôle la survie, la croissance et la différenciation cellulaire, mais aussi la transformation tumorale.

L’activation de la voie MAPK est initiée par les récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) qui sont des protéines trans-membranaires. La liaison du ligand à son RTK induit l’activation du récepteur, par l’autophosphorylation de résidus tyrosine dans le domaine intracellulaire.

Ces tyrosines phosphorylées servent de sites de liaison pour des protéines adaptatrices responsables de l’activation de plusieurs molécules et donc de plusieurs voies de signalisation.

 

La voie Ras/Raf/Mek/Erk

LA FAMILLE

Elle est constituée de trois membres : A-RAF, B-RAF et C-RAF. Ces trois isoformes sont codées par des gènes distincts mais présentent d’importantes homologies de séquence.

Elles ont une organisation commune avec

  • Le domaine carboxy-terminal qui porte l’activité sérine/thréonine kinase
  • Le domaine amino-terminal est lui, régulateur, et peut interagir avec les protéines RAS activées. Le domaine amino-terminal concentre l’essentiel des différences de séquence entre les kinases RAF.

 

Les isoformes de RAF diffèrent entre elles en termes d’activité kinase. Toutes trois sont capables d’activer une unique cible, MEK1/2

LA CASCADE

Voie RTK/RAS/ERK 

RASGAP

Ras<----SOS GRB2 RTK

Raf

MEK

Cibles nucléaires

LEUR IMPORTANCE

Les protéines RAF (A-RAF, B-RAF et C-RAF) constituent une famille de kinases jouant un rôle déterminant dans des événements cellulaires aussi importants que la différenciation, la prolifération ou la régulation de la survie. C'est un élément clé de l’oncogenèse modulant la prolifération cellulaire, la différenciation, l’apoptose et l’angiogenèse.

Les kinases RAF sont fréquemment activées par des dérèglements de l’activité des récepteurs à activité tyrosine kinase , comme par exemple ceux de de l’EGF (Epidermal Growth Factor) ou des petites protéines G de la famille RAS (des mutations activatrices).
Des mutations somatiques activatrices de B-RAF ont été mises en évidence dans les mélanomes et certaines tumeurs de la thyroïde et du côlon. Une mutation en particulier, B-RAF V600E, est la plus souvent retrouvée. Cette mutation, localisée sur la boucle activatrice de B-RAF, maintient la kinase sous forme constitutivement active.

 

Les voies des MAP kinases

LES ACTEURS

La famille des MAP kinases

Elle comporte plusieurs enzymes interactives organisées en module à trois niveaux d’activation successive. Les trois voies principales des MAP kinases sont les voies des kinases :

  • ERK1 et ERK2 (extracellular signal-regulated kinases),
  • p38 avec 4 isoformes dénommés α, β, γ et δ
  • JNK (Jun N-terminal kinases), JNK1 ,JNK2 et JNK3

 

Les MAP kinases

Elles sont impliquées dans de nombreux processus biologiques.

  • ERK1 et ERK2 régulent la prolifération,la survie et la différenciation cellulaires.
  • MAP kinases p38 et c-JUN sont impliquées dans la réponse inflammatoire, l'apoptose, le remodelage de la matrice extracellulaire,etc… 

 

QUELQUES VOIES D'ACTIVATION

La voie Ras/MAPK (mitogen mitogenactivated activatedprotein proteinkinase)

 

PhosphorylisationActivateurs

MAP-KKK ⇒ MAP-⇒ MAP-K

Facteur de transcription

Effets cellulaires

Récepteur à tyrosine kinase auto-phophorylisation

Voie du Ras ⇒ raf ⇒ MKKK1, 2 ⇒ ERK1, 3 

Voies du MAPK3K
⇓ 
Voie p38 ⇒ MKK4 ⇒ MKK 3,6 ⇒ p38
Voie JNK ⇒ MAK4,7 ⇒ JNK1, 2, 3

Activation
Elk1, c-Myc, AP1, ATF2, STAT, CREB, NF-ΚB…


Effets biologiques
Prolifération - Différenciation - Survie - Apoptose Inflammation - Remodelage -MEC

 

La voie JNK

Elle est activée principalement par deux kinases d’amont MKK4 et MKK7.
JNK activé stimule le facteur de transcription c-Jun qui peut alors former le complexe de facteurs de transcription AP-1 (transcription-factor complexe activator protein) en s’associant avec un autre membre de la famille des facteurs de transcription Jun et Fos. AP-1 a une distribution ubiquitaire et régule, entre autres, l’expression de métalloprotéases (MMP), de cytokines inflammatoires.

Les mêmes cascades d’activation existent pour les deux autres voies des MAPK : MEK1 et MEK2 activent ERK1 et ERK2 alors que MKK3/6 activent p38 MAP kinases.

L’activation des voies MAPK

Elle est régulée étroitement dans chaque cellule et son inactivation dépend des sérine/thréonine-phosphatases, des tyrosine-phosphatases et des phosphatases à double spécificité (dual specificity phosphatases DUSP).

La voie de PI3 kinase/Akt

PHOSPHO-INOSIDES (PI)

Les phosphoinositides

Il sont aussi dénommés lipides à inositol, sont des glycérophospholipides qui représentent environ 10 à 15 % des phospholipides membranaires. 
Ils constituent une famille de lipides qui contribue à l’assemblage et à l’organisation des complexes multiprotéiques, permettant de coordonner le maintien de l’intégrité de territoires cellulaires, l’organisation des voies de signalisation, la régulation du trafic intracellulaire, la dynamique du cytosquelette et la polarité cellulaire.

La phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K)

Il en existe trois classes. Celle de classe à été la plus étudiée.
Elle peut être activée par les récepteurs à activité tyrosine kinase mais aussi par d’autres types de récepteurs comme les récepteurs couplés aux protéines G.
Elle est impliquée dans la croissance et la prolifération cellulaires.

PI3K ACTIVÉE

Elle stimule la phosphorylation des inositol phospholipides membranaires sur la position 3 du cycle inositol et génère des lipides membranaires. Ces phospholipides membranaires sont déphosphorylés par des inositol phospholipides phosphatases (PTEN).

L’activation de PI3K génère un signal qui recrute la protéine-kinase B (ou Akt) à la membrane cellulaire. Celle-ci se lie alors avec la PI(3,4,5)P3 et change de conformation permettant son activation par une protéine-kinase phosphatidylinositol dépendante (la PDK1). Akt activé est relâché dans le cytosol où il favorise la survie cellulaire en inhibant des protéines pro-apoptotiques et/ou la transcription des gènes qui les codent. 

FOCUS SUR LA PI3Kα

Elle joue un rôle majeur dans les processus de prolifération et de survie cellulaire, ainsi que dans la signalisation du récepteur de l’insuline.
Des mutations gain de fonction dans le gène PIK3CA qui code cette enzyme sont fréquemment retrouvées dans les cancers solides chez l’homme .
De plus, la présence de ces mutations sensibilise les cellules aux inhibiteurs de la PI3Kα ou de la voie mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1). E
Enfin, indépendamment des mutations, la PI3Kα est activée par de nombreux oncogènes et les mutations perte de fonction de la phosphatase PTEN entraînent une suractivation de la voie mTORC1.

LES APPLICATIONS THÉRAPEUTIQUES

L’activité PI3K a été mise à jour à la fin des années 1980 comme étant associée à une oncoprotéine virale.
Les inhibiteurs de PI3K sont une cible de recherche intenses. Ainsi, l’idelalisib, inhibiteur sélectif de la PI3Kδ de classe I, vient en effet d’être approuvé pour le traitement de la leucémie lymphoïde chronique (LLC) et du lymphome non hodgkinien (LNH) folliculaire. De fait, la PI3Kδ est principalement exprimée dans les leucocytes où elle joue un rôle clé en aval du récepteur pour l’antigène (B cell receptor, BCR) dans les lymphocytes B...

La voie de NF-κB

LES PROTÉINES NF-κB

Brièvement

Les protéines NF-κB (dimères formés à partir de 5 protéines)  sont exprimées de façon ubiquitaire,en particulier elles lient le promoteur du gène codant pour la chaîne légère kappa dans les cellules B
La voie de NF-κB est une voie majeure dans l’organisme vivant. Sa délétion chez l’animal est létale.
NF-κB régule le développement,la communication intercellulaire, la réponse immunitaire innée et adaptative et la réponse inflammatoire,etc...
Elle est impliquée dans les pathologies inflammatoires,les pathologies cancéreuses,l’athérosclérose ou encore le diabète.

La famille de NF-κB

Elle comporte 5 membres : RelA (ou p65),RelB, RelC, p50 (ou NF-κB1) et p52 (ou NF-κB2) qui s’associent pour former des homodimères et des hétérodimères.
Les dimères de NF-κB sont maintenus inactifs par les protéines de la famille des inhibiteurs de NF-κB (IκB ou inhibitors of NFκ B).

L’ACTIVATION DE NF-κB

Elle est sous le contrôle de IκB kinase (IKK) et de la sous-unité régulatrice NEMO (NFκ B essential regulator)
NF-κB peut être activé par deux voies principales.

  • La voie classique ou canonique est activée par de nombreux stimuli comme les cytokines inflammatoires,les produits bactériens ou viraux, le stress,les radicaux libres dérivés de l’oxygène,les ultraviolets et les rayonnements ionisants, ect…Ces signaux induisent la dégradation de IκBα et l’accumulation nucléaire, essentiellement,du dimère RelA-p50 qui régule l’expression de gènes impliqués dans la réponse immunitaire et la mort cellulaire.
  • La voie alternative ou non-canonique est activée par des récepteurs impliqués dans l’organogenèse des tissues lymphoïdes et le développement des lymphocytes comme le récepteur à la lymphotoxine-β‚ ou encore le récepteur au facteur activateur des lymphocytes B (BAFF ou B cell-activating factor)

ALTÉRATIONS DANS LES VOIES DE TRANSDUCTION ET CANCER....

DES FACTEURS DE CROISSANCE CELLULAIRE

ANOMALIES DES RÉCEPTEURS DE FACTEURS DE CROISSANCE
Constitutivement actifs, sur-expression, inactivation

PROTEINES G MONOMERIQUES
Constitutivement active

PROTEINES KINASES CYTOPLASMIQUES
Activation constitutive (MAPKKK, Src)

FACTEURS DE TRANSCRIPTION
Mutation gène codant NFκB, SMAD

Création

3 mai 2020