Compartimentation des membres de la voie de signalisation ERK1/2

La restriction de la localisation intracellulaire et la dynamique de translocation des membres de la voie ERK suite une stimulation extracellulaire sont d’autres importants mécanismes de la détermination et la spécificité de cette signalisation (Mor and Philips, 2006; Pouyssegur et al., 2002; Wortzel and Seger, 2011). Cette compartimentation de la voie ERK se fait majoritairement via l’interaction avec des protéines d’échafaudage et/ou d’ancrage qui préviennent le transport de ERK1/2 vers des compartiments non désirés tout en rapprochant cette voie des substrats appropriés en réponse à une stimulation extracellulaire spécifique (Figure 1-4) (Wortzel and Seger, 2011). Ces interactions qui permettent de diriger l’activation à des endroits particuliers dans la cellule permettent d’obtenir des fonctions distinctes (Matallanas et al., 2006). Donc, une stimulation semblable dans un

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compartiment peut induire une réponse cellulaire différente dans un autre compartiment. Par exemple, en forçant l’association de ERK1/2 à la membrane plasmique, il y a atténuation de l’activité transcriptionnelle (Hochholdinger et al., 1999). A contrario, en dirigeant la localisation nucléaire de ERK1/2 au noyau, il y a augmentation de l’activité transcriptionnelle (Robinson et al., 1998).

Dans une cellule quiescente, les membres de la voie ERK sont majoritairement localisés dans le cytoplasme via, entres autres, leurs interactions avec les protéines d’échafaudage ou d’ancrage (Chuderland and Seger, 2005). Ainsi, lorsque la cellule n’est pas stimulée, la rétention cytoplasmique de ERK1/2 lui dénie l’accès aux facteurs de transcription qui sont responsables de la réponse aux mitogènes et donc inhibe la prolifération cellulaire. Lorsque la cellule est stimulée, il y a relâchement des membres de la voie ERK1/2 des protéines d’ancrage cytoplasmiques et une grande proportion migrent au noyau et dans d’autres organites de la cellule (Figure 1-4) (Yao and Seger, 2009). Par ailleurs, ce ne sont pas toutes les molécules de ERK1/2 qui sont relâchées de leur protéine d’ancrage cytoplasmique suite à une stimulation. Par exemple, une certaine proportion de ERK1/2 reste attachée à une protéine d’ancrage cytoplasmique PEA-15 ce qui permet une signalisation à des substrats cytoplasmiques tout en déniant l’accès à des cibles nucléaires (Figure 1-4) (Formstecher et al., 2001). En fait, la dissociation de ERK1/2 aux protéines d’échafaudage/d’ancrage suite à une stimulation dépend du mode d’interaction protéique. La plupart des interactions avec ERK1/2 a lieu via son domaine CRS/CD (Rubinfeld et al., 1999; Tanoue et al., 2000). Suite à la stimulation, la phosphorylation activatrice de ERK1/2 induit un important changement de conformation qui force le relâchement de ses interactions dépendantes du domaine CRS/CD (Tanoue et al., 2000; Wolf et al., 2001). Les interactions qui ont lieu via d’autres résidus de ERK1/2 que le domaine CRS/CD sont plus stables et ne semblent pas être enrayées suite à une stimulation (Yao et al., 2000).

Comme mentionné précédemment, une large proportion de ERK1/2 migre au noyau suivant une stimulation mitogénique selon un mécanisme peu caractérisé faisant possiblement intervenir des protéines de trafic nucléaire comme les importins (Figure 1-4) (Lorenzen et al., 2001). D’ailleurs, plus de la moitié des substrats connus de ERK1/2, soit plus d’une centaine, sont nucléaires et participent à la régulation de plusieurs processus comme l’activation ou la suppression de la transcription, le remodelage de la chromatine et la translocation nucléaire (Yoon and Seger, 2006). Ainsi, la plupart des molécules de ERK1/2 migrent au noyau. Par contre, une petite proportion est dirigée vers des

21 compartiments intracellulaires spécifiques où des fonctions distinctes sont accomplies (Yao and Seger, 2009)

Figure 1-4. Distribution des membres associés à la voie de signalisation ERK1/2 dans différents compartiments intracellulaires. L’activation de la voie de signalisation ERK/MAPK résulte en une translocation de plusieurs molécules de ERK1/2 au noyau afin d’induire préférentiellement la prolifération et la différenciation cellulaire. De plus, des molécules de ERK1/2 sont transloquées dans différentes organelles et régions intracellulaires via une interaction avec des protéines d’échafaudage spécifiques. Dans chacun de ces organelles, ERK1/2 peut réguler des activités intrinsèques ou diriger l’activation de la voie vers des cibles rapprochées. FT, facteur de transcription. Figure adaptée de (Wortzel and Seger, 2011).

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Au niveau des mitochondries, la protéine d’échafaudage VDAC1 interagit avec ERK1/2 et facilite le transport vers cette organelle (Figure 1-4) (Galli et al., 2009). La voie de signalisation ERK1/2 module les fonctions mitochondriales majoritairement celles associées avec la mort cellulaire (Wortzel and

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Seger, 2011). Certaines études ont démontré un effet anti-apoptotique relié à l’activation de ERK1/2 tandis que d’autres ont montré un effet pro-apoptotique (Ishikawa et al., 2003; Jin et al., 2002; Lee et al., 2004; Sperandio et al., 2004).

Au niveau des endosomes, plusieurs études ont démontré que l’endocytose est requise pour une signalisation adéquate des récepteurs qui interviennent dans l’activation de ERK1/2 (Daaka et al., 1998; Luttrell et al., 1997; Wunderlich et al., 2001). La protéine d’échafaudage β-arrestin permet de recruter ERK1/2 à la surface des endosomes précoces (DeWire et al., 2007; Luttrell et al., 2001). Une autre protéine d’échafaudage spécifique à MEK1 et ERK1, MP1, permet de diriger la signalisation aux endosomes tardifs (Figure 1-4) (Schaeffer et al., 1998; Teis et al., 2006). La signalisation ERK1/2 ne semble pas participer à la régulation des activités endosomales intrinsèques, mais les endosomes permettent de faciliter l’activation de cette voie et de rapprocher cette cascade à des cibles cytoplasmiques spécifiques (Tohgo et al., 2002; Wortzel and Seger, 2011).

Plusieurs éléments du cytosquelette sont connus pour interagir directement avec ERK1/2 et les membres associés à cette cascade (Pullikuth and Catling, 2007; Yao and Seger, 2009). Ces interactions permettraient de diriger la signalisation de cette voie à des endroits précis du cytosquelette, tout en s’assurant que ERK1/2 activée ne migre pas au noyau (Smith et al., 2004). De plus, ces interactions interviendraient dans le transport des molécules phosphorylées de ERK1/2 sur de longue distance (Perlson et al., 2005). Ainsi, la chaperone IQGAP1 interagit avec B-RAF, MEK1/2 et ERK1/2 et recrute la signalisation aux filaments d’actine ce qui influence le comportement migratoire de la cellule ainsi que sa morphologie (Figure 1-4) (Ren et al., 2007; White et al., 2009). Une autre protéine associée aux filaments d’actine qui est une chaperone connue de MEK1 et ERK2 se nomme LSP1. Elle permet de recruter la signalisation ERK1/2 aux filaments d’actine périphériques ce qui influence la prolifération cellulaire (Harrison et al., 2004; Jongstra-Bilen and Jongstra, 2006).

Finalement, SEF-1 est une protéine transmembranaire de l’appareil de Golgi et elle permet de recruter ERK1/2 et MEK1/2 à la surface de cette organelle (Figure 1-4). En fait lorsque la cellule n’est pas stimulée, SEF-1 est associée à ERK1/2. Suite à une stimulation, MEK1/2 s’associent de façon

23 irréversible à SEF-1, ce qui facilite l’activation de ERK1/2 puisqu’ils sont déjà pré-associés à ce complexe. Ainsi, ces interactions permettent la propagation spécifique d’une signalisation cytoplasmique. La nature irréversible de l’interaction de MEK1/2 avec SEF-1 suite à une stimulation dénie la signalisation nucléaire et inhibe donc la réponse transcriptionnelle dépendante de ERK1/2 (Torii et al., 2004a).