COMMD1 et voie NF-kappaB (NF-ĸB)

Le facteur de transcription dimérique NF-ĸB contrôle de nombreux gènes impliqués non seulement dans l’immunité innée et adaptative, mais aussi dans l’apoptose et la prolifération cellulaire (Li and Verma, 2002; Wietek and O'Neill, 2007).

La régulation de cette voie de transduction dépend en partie d’enzymes ubiquitine ligases, qui régulent la dégradation des différents partenaires de la voie NF-κB. Les complexes SCF sont les E3 ubiquitine-ligases les plus répandues chez les eucaryotes (Deshaies, 1999; Willems, et al., 2004) et sont composés notamment d’une protéine culline, d’une protéine adaptatrice (Skp1, ElonginB/C...) et d’une protéine F-box ou SOCS-box qui permet de reconnaître spécifiquement certains substrats. Les complexes ECF ont une structure assez proche (Petroski and Deshaies, 2005).

L’élément majeur de régulation de l’activité NF-κB correspond à la dégradation stimulation- dépendante des protéines IκB, permettant la translocation des dimères NF-κB du cytoplasme vers le noyau, une étape critique pour l’initiation de la transcription des gènes cibles (Figure 32) (Hacker and Karin, 2006). Différents signaux, incluant les lipopolysaccharides (LPS), l’interleukine 1 (IL-1) ou le

Tumour Necrosis Factor α (TNF-α), peuvent déclencher la voie canonique. Ils activent une cascade de

signalisation qui aboutit à la phosphorylation de IκB par le complexe IKK, l’ubiquitination de phospho- IκB par un complexe ubiquitine ligase, comme le complexe multimérique SCFβ-TrCP, puis son élimination par le protéasome (Ghosh and Hayden, 2008). D’autres mécanismes plus spécifiques participent ensuite à la régulation de NF-ĸB au niveau nucléaire, incluant les modifications post- traductionnelles par phosphorylation, acétylation et ubiquitination des sous unités fixant l’ADN. Les principales sous unités de NF-ĸB, RelA (p65) et p50, peuvent toutes deux être ubiquitinées et dégradées dans le noyau, permettant la terminaison de la réponse (Carmody and Chen, 2007; Ryo, et al., 2003; Saccani, et al., 2004; Tanaka, et al., 2007).

Chapitre 3 COMMD1 et CSN5

74 LPS

TLR

Stress

(altération de l’ADN, ROS, …)

Complexe IKK Activation de IKKβ Phosphorylation de IκBα Ubiquitination de IκBα SCF β-TrCP NF-κB IκBP P NF-κB IκB NF-κB P P IκB _Ub Ub_Ub Ub Dégradation de IκBα (protéasome) CYTOPLASME NOYAU NF-κB NF-κB Ub Ub Ub Ub NF-κBUb Ub Ub Ub Gènes répondant à NF-κB Transcription Ubiquitination de NF-κB ECF SOCS1 Dégradation de NF-κB (protéasome) Arrêt de la transcription

Figure 32. Les principaux mécanismes de régulation de la voie classique de NF-ĸB.

Ganesh et ses collaborateurs ont été les premiers à montrer l’implication de COMMD1 dans l’inflammation. En effet, COMMD1 inhibe la réplication du virus HIV-1 dans les lymphocytes CD4+ via l’inhibition de la signalisation NF-ĸB, le promoteur du virus contenant deux sites répondant à NF-κB (Ganesh, et al., 2003). Depuis, il a été montré que COMMD1 a un effet global d’inhibition de la transcription médiée par NF-ĸB engendrée par de nombreux stimuli incluant le TNF-α, l’IL-1β, les esters de phorbol, et l’expression ectopique de sous unités du complexe IKK. Plus récemment, il a été montré que COMMD1 contrôle l’expression d’un certain nombre de gènes induits par NF-ĸB comme ICAM1 et CCL2 (Maine, et al., 2007).

75 COMMD 1 COMMD 2 COMMD 3 COMMD 4 COMMD 5 COMMD 6 COMMD 7 COMMD 8 COMMD 9 COMMD 10 RelA (p65)

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c-Rel

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RelB

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NF-κB1/p105*

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NF-κB2/p100**

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Tableau 5. Interactions des protéines COMMD avec les protéines NF-κB. Adapté de (Burstein et al, 2005). D’après. La capacité de liaison des 10 membres de la famille COMMD avec les différentes protéines de la famille NF-κB a été évaluée par immunoprécipitation (cellules HEK293T). ++ : liaison importante, + : liaison détectable, - : absence de liaison détectable. * : précurseur de p50, ** précurseur de p52. COMMD1, 2, 4, 7, 9, et 10 inhibent fortement l’activation de NF-κB médiée par le TNF-α, tandis que COMMD3 et 8 ont un effet plus modéré.

COMMD1 est capable de se lier à IκBα mais, comme les autres membres de la famille COMM, peut aussi interagir avec les sous unités NF-ĸB par leur motif amino-terminal RHD, absent dans IκB (Tableau 5). COMMD1 stabilise IκBα phosphorylé, et, dans une moindre mesure, IκBβ probablement en prévenant leur ubiquitination par interaction avec la Culline 1 (Cul1) du complexe SCFβ-TrCP ubiquitine ligase (β-TrCP1–Skp1-Cul1–Rbx1–E2-Ub) (Figure 33A) (Burstein, et al., 2005; Ganesh, et al., 2003; Greene, 2004). On pouvait penser qu’en inhibant la dégradation de IκB, COMMD1 empêche la translocation nucléaire de NF-ĸB et diminue ainsi l’activation de cette voie. Cependant, cet événement ne semble pas être dominant dans la régulation de l’inflammation puisque la surexpression de COMMD1 n’affecte pas la translocation nucléaire de RelA induite par le TNFα (Burstein, et al., 2005). Cette absence apparente d’effet pourrait être due à une cascade d’interaction complexes induites par le TNFα, aboutissant à la dégradation de COMMD1 et de phopho-IκB, et faisant intervenir des protéines chaperonnes telles que sCLU (secretory Clusterin) et l’ubiquitine ligase SCFβ-TrCP (Zoubeidi, et al., 2010).

En 2006, Maine et al ont montré que COMMD1 régule l’activité NF-ĸB principalement après la translocation nucléaire du dimère (pour revue (Maine and Burstein, 2007a)). Dans le noyau, la stimulation par le TNF-α induit l’interaction de COMMD1 (probablement sous forme de dimère) avec la culline Cul2 du complexe Ubiquitine ligase ESCSOCS1, et avec SOCS1 (Figure 33B) (Maine, et al., 2007). Ceci stabilise l’interaction entre la ligase et p65, et favorise donc l’ubiquitination de p65. La protéine NF-ĸB ubiquitinée est ensuite dirigée vers la dégradation par le protéasome, dans les nucléoles (Thoms, et al., 2010). L’augmentation de l’expression de COMMD1 diminue la liaison de

Chapitre 3 COMMD1 et CSN5

76

NF-ĸB à la chromatine, et inversement en cas d’extinction de COMMD1. De plus, COMMD1 peut être recrutée au promoteur lui-même de manière stimulus dépendante. Ainsi, même si le mécanisme responsable des effets de COMMD1 sur les interactions RelA/chromatine reste encore imprécis, Maine et ses collaborateurs ont proposé le modèle suivant : le complexe ECSSOCS1/COMMD1 formé dans le noyau est recruté au niveau des régions promotrices régulées par NF-κB, facilitant l’ubiquitination et la dégradation de ce facteur de transcription (Figure 33C) (Maine, et al., 2007)

Le mécanisme d’inhibition de l’activité transcriptionnelle de NF-κB pourrait faire intervenir d’autres membres de la famille COMMD. En effet, l’interaction de COMMD1 avec COMMD6 a été confirmée à la fois dans le cytoplasme et dans le noyau. COMMD6 n’interagit pas directement avec IκBα, mais est capable de se lier à RelA. Il inhibe l’activation de NF-κB induite par le TNF-α, selon un mécanisme dépendant du domaine COMM. COMMD6 pourrait agir indépendamment de COMMD1 ou bien être recruté, via son domaine COMM, au sein d’un complexe COMMD1/IκB dans le cytoplasme ou COMMD1/ RelA dans le noyau (de Bie, et al., 2006). La formation de tels échafaudages complexes pourrait également être envisagée pour les autres protéines COMMD.

77 COMMD1 Inhibition de l’ubiquitination de p-IκB CYTOPLASME NOYAU Cul2 Rbx1 Elongin B/C SOCS1 RelA COMMD1 TNF p50 Favorisation de l’ubiquitination de RelA

A

B

Figure 33. Mécanisme de régulation de la voie NF-ĸB par COMMD1. (A) Modèles d’interaction de COMMD1 avec les complexe E3 ubiquitine ligases, SCFβ-TrCP dans le cytoplasme (Greene et al, 2004) et ECSSOCS1 dans le noyau (d’après Maine et al, 2007). (B) Modélisation de la régulation par COMMD1 d’après Maine and Burstein, 2007. Bien que COMMD1 protège phospho-IĸB de l’ubiquitination dans le cytoplasme, l’inhibition de la voie NF-ĸB résulte principalement de l’action nucléaire de COMMD1 qui stabilise l’interaction de l’ubiquitine ligase avec le complexe NF-ĸB/chromatine.

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