1  Les différents acteurs de la voie PI3K/Akt/mTOR

I.1.1 LesPI3K

Les PI3K sont une famille de protéines conservée au cours de l’évolution, qui présentent une activité lipide kinase. Elles phosphorylent ainsi les phosphatidylinositols (PI) membranaires en position 3 de l’inositol (Thorpe et al., 2015; Krasilnikov, 2000).

Trois classes ont été décrites au sein de cette famille (I, II et III), en fonction de la spécificité vis-à-vis de leurs substrats et de leur structure (Figure 31).

Figure 31 : Les classes de la famille des PI3K et leurs substrats préférentiels (Thorpe et al., 2015).

Les PI3K les mieux étudiées sont celles de classe I, qui se subdivisent en deux groupes (IA et IB). Elles phosphorylent préférentiellement le phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate (PIP₂). Ces PI3K sont des hétérodimères formés d’une sous-unité catalytique et d’une sous-unité régulatrice (Thorpe et al., 2015). Au sein de la classe IA, la sous-unité catalytique présente trois isoformes: p110 , p110 et p110 codées par les gènes PIK3CA, PIK3CB et PIK3CD respectivement (Vanhaesebroeck et al., 2012). Les isoformes p110 et p110 semblent exprimées de manière ubiquitaire, alors que l’expression de l’isoforme p110 semble majoritairement exprimée dans les leucocytes (Thorpe et al., 2015). Chacune de ces isoformes peut s’associer avec une des cinq isoformes de la sous-unité régulatrice : p85 (codée par le

Régulation des protéines de la famille Bcl-2 par les voies de signalisation PI3K/Akt/mTOR et MAPK/ERK

gène PIK3R1) et p85 (codée par le gène PIK3R2), p55 et p50 (variants d’épissage de p85 ) et p55 (codée par le gène PIK3R3) (Thorpe et al., 2015; Vanhaesebroeck et al., 2012). Les PI3K de classe IB ne présentent qu’une sous-unité catalytique p110 (codée par le gène

PIK3CG) qui peut s’associer avec les sous-unités régulatrices p101 (codée par le gène PIK3R5) ou p87 (codée par le gène PIK3R6) (Thorpe et al., 2015).

Les PI3K de classe IA, auxquelles nous nous intéresserons par la suite, peuvent être activées en aval RTKs (récepteurs à tyrosine kinase) et celles de classe IB peuvent être activées en aval des RCPGs (récepteurs couplés à une protéine G) (Figure 32) (Thorpe et al., 2015; Wang et al., 2016b).

Les PI3K de classe II et III phosphorylent préférentiellement le phosphatidylinositol (Figure 31). Leur mode d’activation est encore mal connu (Figure 32) (Liu et al., 2009).

Figure 32 : Structures et mode d’activation des différentes classes de PI3K (Vanhaesebroeck et al., 2012).

I.1.2 LaprotéineAkt

Akt (Protein Kinase B ou PKB), effecteur majeur en aval de la PI3K, est une sérine/thréonine kinase conservée au cours de l’évolution, appartenant à la famille des protéines kinases AGC (cAMP-dependent, cGMP-dependent and protein kinase C). Trois isoformes d’Akt codées par des gènes distincts ont été décrites : Akt1 (ou PKB ), Akt2 (ou PKB ) et Akt3 (ou PKB ) (Mundi et al., 2016) (Figure 33).

Figure 33 : La structure des trois isoformes d’Akt (Nicholson and Anderson, 2002).

Akt1 possède une large distribution tissulaire et est impliquée dans la croissance et la survie cellulaire. Akt2 est fortement exprimée dans les tissus sensibles à l’insuline comme le foie, les muscles et les adipocytes, elle contribue à la régulation de l’homéostasie du glucose. La distribution tissulaire d’Akt3 est quant à elle plus restreinte puisqu’elle est principalement exprimée au niveau du cerveau et des testicules (Franke, 2008; Hers et al., 2011; Franke, 2008). Toutes les isoformes d’Akt sont composées d’un domaine PH (Pleckstrin Homology) N-terminal, d’un domaine kinase central et d’un domaine régulateur C-terminal contenant un motif hydrophobe (Figure 33). L’activation d’Akt nécessite sa phosphorylation sur un résidu thréonine (Thr308 pour Akt1) situé dans son domaine catalytique, et sur un résidu sérine (Ser473 pour Akt1), situé dans son domaine régulateur C-terminal (Steelman et al., 2008; Hers et al., 2011; Hanada et al., 2004).

Akt possède une multitude de cibles lui permettant d’agir sur de nombreux processus cellulaires. L’une de ses principales cibles est mTORC1 (Figure 34). C’est une cible indirecte par le biais de laquelle Akt régule la traduction et la croissance cellulaire. Akt favorise également la prolifération, notamment par régulation négative de p21 et de p27 et positive de la cycline D. Par ailleurs, Akt joue un rôle dans la survie cellulaire par le biais d’une phosphorylation inhibitrice sur plusieurs cibles favorisant l’apoptose. Elle inhibe ainsi la protéine pro-apoptotique BH3-only Bad, les facteurs de transcription tels que FOXO1/3a impliqués dans la transcription de gènes codant pour des protéines comme le BH3-only Bim, ou encore GSK3 qui phosphoryle et induit la dégradation de la protéine anti-apoptotique Mcl-1 (Manning and Cantley, 2007).

Régulation des protéines de la famille Bcl-2 par les voies de signalisation PI3K/Akt/mTOR et MAPK/ERK

Figure 34 : Akt, un effecteur majeur de la PI3K aux cibles multiples (Vanhaesebroeck et al., 2012).

I.1.3 LaprotéinemTORetsesdeuxcomplexes

La protéine mTOR (mammalian Target Of Rapamycin), est une sérine/thréonine kinase faisant partie de la famille des kinases PIKK (phosphatidylinositol 3-kinase related protein) (Alayev and Holz, 2013). mTOR constitue le noyau de deux complexes protéiques distincts nommés mTORC1, sensible à la rapamycine et mTORC2, insensible à la rapamycine (Laplante and Sabatini, 2012). Bien qu’ils partagent une structure commune puisqu’ils sont tous les deux constitués de la kinase mTOR, de la protéine adaptatrice mLST8 (mammalian lethal with sec-13 protein 8 ou G L), de la sous-unité inhibitrice deptor (DEP domain containing mTOR-interacting protein) ainsi que du complexe de protéines adaptatrices Tti1/Tel2, ils diffèrent par d’autres éléments qui les composent. En effet, mTORC1 et mTORC2 sont formés de six et de sept protéines respectivement et c’est la présence d’autres protéines spécifiques au sein de chacun de ces complexes qui permet de les distinguer et contribue à leur spécificité vis-à-vis de leurs substrats, leur localisation et leur régulation (Figure 35) (Laplante and Sabatini, 2012; Kim et al., 2016).

Figure 35 : Protéines formant les deux complexes de mTOR (Laplante and Sabatini, 2012).

I.1.1.1 mTORC1

mTORC1 est un effecteur important de la voie PI3K qui se situe en aval d’Akt et répond également à de nombreux autres facteurs intra- et extra-cellulaires tels que les acides aminés, le stress, l’oxygène et le niveau d’énergie (Figure 36).

Figure 36 : Les différents signaux d’activation de mTORC1 et mTORC2 et implications de ces deux complexes dans les processus cellulaires (Laplante and Sabatini, 2012).

Raptor (regulatory-associated protein of mammalian target of rapamycin) et PRAS40 (proline-rich Akt substrate 40 kDa, protéine inhibitrice de mTORC1) sont deux protéines spécifiques de ce complexe (Figure 35) qui interagissent entre elles et se fixeraient au niveau N-terminal de mTOR. En formant un complexe avec la protéine intracellulaire FKBP12 (12-kDa FK506-binding protein), la rapamycine interagit et inhibe directement mTOR au sein du complexe mTORC1, ce qui a permis de le définir comme étant sensible à la rapamycine (Laplante and Sabatini, 2012).

mTORC1 phosphoryle directement 4E-BP1 [eIF4E (translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E)-binding protein 1] et p70S6K (S6 kinase 1) qui à leur tour,

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promeuvent la synthèse protéique. La phosphorylation de 4E-BP1 l’inhibe en empêchant sa liaison à la protéine eIF4E, permettant à cette dernière de participer à la formation du complexe eIF4F qui est requis pour l’initiation de la traduction dépendante de la coiffe. La phosphorylation activatrice de p70S6K mène, par le biais d’une multitude d’effecteurs et en particulier la protéine ribosomale S6, à une augmentation de la biogenèse des ribosomes, de l’initiation et de l’élongation de la traduction d’une sous-classe d’ARNm possédant une séquence 5’ TOP (5’-terminal oligopyrimidine tract), codant pour des protéines composant la machinerie traductionnelle (ribosomes, facteurs d’élongation) (Laplante and Sabatini, 2012).

I.1.1.2 mTORC2

Le complexe mTORC2 est moins bien décrit que le complexe mTORC1, en particulier son mode d’activation qui pourrait notamment faire intervenir la PI3K en réponse aux facteurs de croissance (Laplante and Sabatini, 2012) ou encore le complexe TSC1/TSC2 en aval d’Akt (Xie and Proud, 2014). Rictor (rapamycin-insensitive companion of mTOR), mSIN1 (mammalian stress-activated map kinase-interacting protein 1) et Protor1/2 (protein observed with rictor 1 and 2) sont des protéines spécifiques du complexe mTORC2 (Figure 35). Par ailleurs, le complexe FKBP12-rapamycine est incapable de se lier à mTORC2, il est donc défini comme insensible à la rapamycine (Laplante and Sabatini, 2012).

mTORC2 phosphoryle Akt sur son site Ser473, permettant à cette dernière d’acquérir une activation maximale. Ce complexe intervient également dans le contrôle de plusieurs kinases comme la PKC qui joue un rôle dans la morphologie en affectant l’organisation du cytosquelette d’actine, et SGK1 (serum- and glucocorticoid-induced protein kinase 1), kinase impliquée dans le transport des ions et la croissance (Laplante and Sabatini, 2012).