ATF4 45

Parallèlement à l'inhibition générale de la synthèse des protéines, la phosphorylation de eIF2α entraîne le démarrage d’un « programme transcriptionnel d'adaptation » en induisant la traduction spécifique de protéines de stress, notamment le facteur de transcription ATF4. En condition normale, l’ARNm de ATF4 est synthétisé; cependant, sa traduction est inhibée. En période de carence en acides aminés, la phosphorylation d’eIF2α entraîne la traduction spécifique de ATF4 (Harding, Novoa et al. 2000). Le mécanisme régulant la traduction de ATF4 implique la présence de deux uORFs (Upstream Open Reading Frame) conservée chez les mammifères (Ait Ghezala, Jolles et al. 2012) au sein de la partie 5’UTR de l’ARNm de ATF4 (Lu, Harding et al. 2004, Vattem and Wek 2004) (Figure 31 A). Ces uORFs sont de petites séquences (environ 30 codons) se situant en amont de l’ORF principal. Lors de la traduction de l’ARNm de ATF4, les ribosomes initient la traduction au niveau de l’uORF1 et synthétisent un petit peptide de 3 acides aminés, puis la petite sous-unité ribosomale 40S reprend le balayage de la séquence de l’ARNm en aval de cette séquence. En présence de faibles niveaux de phosphorylation de eIF2α, eIF2B fixe très rapidement un nouveau GTP sur eIF2, forme un nouveau complexe ternaire et la petite sous unité ribosomale 40S s’associe avec ce dernier et initie la traduction d’un deuxième peptide de 60 acides aminés au niveau de

Figure  31  :  Régulation  de  la  traduction  d’ATF4  

A:  Deux  uORF  (maron)  sont  présents  au  sein  de  la  partie  5’UTR  de  l’ARNm  d’ATF4.  L’uORF2  chevauche   l’ORF   d’ATF4.   B:   Lors   de   la   traduction   de   l’ARNm   de   ATF4,   les   ribosomes   initient   la   traduction   au   niveau   de   l’uORF1   et   synthétisent   un   petit   peptide   de   3   acides   aminés,   puis   la   petite   sous-­‐unité   ribosomale  40S  reprend  le  balayage  de  la  séquence  de  l’ARNm  en  aval  de  cette  séquence.  En  présence   de   faibles   niveaux   de   phosphorylation   de   eIF2α,   eIF2B   est   libre   et   Tixe   très   rapidement   un   nouveau   GTP   sur   eIF2,   forme   un   nouveau   complexe   ternaire   et   la   petite   sous   unité   ribosomale   40S   s’associe   avec   ce   dernier   et   initie   la   traduction   d’un   deuxième   peptide   de   60   acides   aminés   au   niveau   de   l’uORF2.  La  synthèse  de  ce  peptide  aura  un  effet  inhibiteur  pour  la  traduction  de  ATF4  car  sa  séquence   chevauche  son  ORF.  C:  En  carence  d’acide  aminé  GCN2  phosphoryle  eIF2  ce  qui  inhibe  une  majorité   des  protéines  eIF2B  et  ralenti  la  Tixation  d’un  GTP  sur  eiF2  et  la  formation  du  complexe  ternaire.  Par   conséquent,  l’assemblage  du  complexe  d’initiation  de  la  traduction  a  lieu  après  le  AUG  de  l’uORF2  et   permet    la  détection  et  la  traduction  de  l’ORF  de  ATF4.  D’après  Kilberg  et  al.  Trends  in  Endocrinology   and  Metabolism  2009  

A  

B  

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l’uORF2. La synthèse de ce peptide aura un effet inhibiteur pour la traduction de ATF4 car sa séquence chevauche son ORF et empêchera donc sa détection (Figure 31 B). Lorsque eIF2α est phosphorylé par GCN2 en réponse à une carence en acides aminés, eIF2B est inhibé (Figures 30 & 31 C) et la fixation d’un nouveau GTP sur eIF2 est plus longue. Ainsi, après la synthèse du peptide de trois acides aminés, la réassociation entre la sous-unité 40S qui "scanne" l’ARNm de ATF4 et le complexe ternaire se fait beaucoup plus tardivement, majoritairement après l’uORF2. Par conséquent, le complexe d’initiation de la traduction est capable de détecter l’ORF de ATF4 et d’induire sa traduction spécifique (Figure 31 C)(Lu, Harding et al. 2004, Vattem and Wek 2004).

ATF4 fait partie de la famille des facteurs de transcription de type ATF/CREB (Activating Transcription Factor/Cyclic AMP Response Element Binding protein) comportant un domaine bZip (Basic region-leucine Zipper). Les protéines de cette famille se fixent sur l’ADN au niveau de sites consensus de type CARE (C/EBP-ATF Response Element) composés d’un site de fixation pour les ATF suivit d’un site de fixation pour les protéines de type C/EBP (Kilberg, Shan et al. 2009) (Figure 32). ATF4 régule la transcription de nombreux gènes impliqués dans la défense et l’adaptation cellulaire à de nombreux stress, tels qu’un stress du réticulum endoplasmique, un stress oxydatif ou une carence en acides aminés. ATF4 est également requis au niveau du développement embryonnaire, les souris invalidées pour ATF4 étant aveugles (Hettmann, Barton et al. 2000), anémiques (Masuoka and Townes 2002), beaucoup moins fertiles (Fischer, Johnson et al. 2004) et présentant une faible masse osseuse (Yang, Matsuda et al. 2004). ATF4 fut initialement décrit comme un répresseur de la transcription de l'enképhaline humaine ainsi que d’autres gènes (Karpinski, Morle et al. 1992). Suivant cette découverte, d’autres études ont démontré que ATF4 était également capable d’activer la transcription de gènes impliqués dans le métabolisme et le transport des acides aminés (Harding, Zhang et al. 2003, Sato, Nomura et al. 2004), l’autophagie (Rzymski, Milani et al. 2010, B'Chir, Maurin et al. 2013) et l’angiogenèse (Roybal, Hunsaker et al. 2005, Wang, Ning et al. 2013), trois processus biologiques essentiels à l’adaptation cellulaire aux carences en acides aminés et oxygène. ATF4 trans-active également l'expression de certains gènes en interagissant avec diverses protéines partenaires. Par exemple, son interaction avec NRF2 induit des gènes cibles impliqués dans la réponse au stress oxydatif tels que HO-1 (Heme Oxygenase-1) (He, Gong et al. 2001). Il est possible que les

Figure  32  :  Séquence  consensus  du  site  CARE  

Les  site  de  (ixation  CARE  (C/EBP-­‐ATF  Response  Element)  sont  composés  d’un  site  de  (ixation  pour  les   ATF  (rouge)  suivit  d’un  site  de  (ixation  pour  les  protéines  de  type  C/EBP  (bleu)  .  Sur  cette  (igure  sont   également  indiqués  différents  gènes  présentant  un  site  de  (ixation  de  type  CARE.  D’après  Kilberg  et  al.   Trends  in  Endocrinology  and  Metabolism  2009  

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différents partenaires de dimérisation fournissent une spécificité de signal de transcription générée par ATF4 en fonction de la kinase de l’ISR se trouvant activée.

ATF4 est également capable de réguler sa propre activité en induisant la transcription de certaines protéines telles que C/EBPβ (Thiaville, Dudenhausen et al. 2008), ATF3 (Jiang, Wek et al. 2004, Pan, Chen et al. 2007) et CHOP (C/EBP homology protein) (Fawcett, Martindale et al. 1999). Une étude s’intéressant à la régulation de l’expression de l’ASNS (Asparagine Synthetase) a démontré que ATF4 était capable de se complexer à C/EBPβ pour induire la transcription du gène ASNS en réponse à une diminution de la concentration en acides aminés. Après plusieurs heures de carence ATF4 serait progressivement remplacé par ATF3 sur le promoteur du gène ASNS et ceci concordant avec l’inhibition de son expression (Chen, Pan et al. 2004). De façon intéressante, par l’intermédiaire d’un épissage alternatif, il a également été démontré que différentes isoformes de ATF3, possédant des fonctions opposées, peuvent être exprimées (Pan, Chen et al. 2003). Comme démontré dans l’étude de l’expression de l’ASNS, l’isoforme de ATF3 de taille complète est un antagoniste de l’activité de ATF4, tandis que l’isoforme ATF3ΔZIP3 (qui présente un domaine leucine zipper tronqué) augmente l’activité de ATF4. Plus récemment, une autre étude a démontré que, en plus de ATF3, CHOP agit également comme un inhibiteur de l’activité promotrice de ATF4 sur le gène ASNS après plusieurs heures de carence en acides aminés (Su and Kilberg 2008). A l’inverse, il a été démontré que l’interaction CHOP-ATF4 favorise l’expression de TRB3 et induit la mort cellulaire. Ces études démontrent que ATF4 auto-régule son activité au cours du temps en induisant l’expression de protéines qui vont contrôler son activité promotrice/inhibitrice de transcription en réponse à une carence en acides aminés.