Globalement, le fonctionnement général de la voie sonic hedgehog est comparable entre les vertébrés et les invertébrés. Pour preuve, la plupart des études génétiques visant à mieux
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comprendre les mécanismes d’actions de cette voie de signalisation ont été conduites chez la drosophile et appliquées chez l’Homme. Cependant, il est clair que la voie SHH a gagné en complexité de par le nombre croissant d’isoformes de gènes chez les mammifères.
Ainsi, il existe trois homologues humains au gène hedgehog de la drosophile : sonic hedgehog, desert hedgehog et indian hedgehog. Si le premier est le plus exprimé et donc le plus étudié des trois, les deux autres possèdent tout de même un rôle important au cours du développement de plusieurs organes dont le système nerveux central et le cartilage respectivement.
Cette complexification se retrouve aussi au travers du récepteur protein patch homolog, PTCH qui est retrouvé en deux exemplaires chez l’Homme : PTCH1 et PTCH2. Ce dernier est retrouvé exprimé dans les yeux et dans les cellules épithéliales des dents en formation et des follicules pileux (123). Toutefois, PTCH1 reste le récepteur le plus largement exprimé dans les cellules humaines.
Il en va de même pour d’autres acteurs importants de la voie SHH (Tableau 2).
Gène chez la drosophile Gène chez l’Homme Fonction
Hedgehog (hh)
Sonic hedgehog (SHH) Indian Hedgehog (IHH) Desert Hedgehog (DHH)
Ligand
Patched (ptch) Patched 1 (PTCH1)
Patched 2 (PTCH2)
Récepteur
Smoothened (smo) Smoothened (SMO) Transduction du signal
Cubitus interruptus (cu)
Glioma-Associated 1 (GLI1) Glioma-Associated 2 (GLI2) Glioma-Associated 3 (GLI3)
Effecteur
Tableau 2 : Tableau comparatif des principaux acteurs de la voie sonic hedgehog
entre la drosophile et l’Homme. Le nombre croissant de gènes pour une même fonction
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b. Mécanisme d’action chez l’Homme
(Figure 14)Que ce soit chez l’homme ou chez la drosophile, les protéines de la famille hedgehog sont synthétisées sous la forme de précurseur nécessitant un clivage autoprotéolytique pour être activé. Le fragment N-terminal (HH-N) est par la suite maturé grâce à l’ajout d’un adduit de cholestérol à son extrémité N-terminal et d’un groupement palmitoyl à son extrémité C- terminal. Ces modifications lipidiques sont indispensables pour son ancrage à la surface cellulaire, mais aussi et surtout pour augmenter son activité biologique (124).
La sécrétion des protéines HH modifiées par les cellules qui les produisent dépend notamment de l’activité de la protéine Dispatched (DISP), un récepteur à 12 domaines transmembranaire qui a été initialement identifié chez la drosophile (125). Ce récepteur possède un domaine dit ‘sensible aux stérols’ (SSD ou Sterol Sensing Domain) (126) montrant ainsi une homologie de séquence avec Patched, le récepteur des facteurs HH. D’autres voies de transport tissu dépendantes (127) ont été mises en évidence pour assurer la diffusion de cette protéine doublement lipidée dans un milieu hydrophile.
Selon le contexte cellulaire, cette protéine pourra avoir une action autocrine et donc agir sur la cellule qui l’a sécrétée, ou bien une action paracrine et donc agir sur les cellules voisines. La façon dont le signal est distribué reste encore inconnue mais plusieurs modèles ont été proposés. L’un d’eux requiert la formation d’un complexe de protéine HH soluble, d’autres proposent le recours aux exosomes ou aux cytonèmes (128). Enfin, l’utilisation de particules lipoprotéiques a aussi été envisagée. Il est fort probable que chaque cellule possède une combinaison de ces mécanismes pour la délivrance du signal (128).
Une fois le signal délivré, le facteur HH va interagir avec son récepteur : la protein patch homolog, PTCH1. Ce dernier est situé au niveau d’un organite (129) présent uniquement dans les cellules de mammifères : le cil primaire (129). Cette structure, unique par cellule, agit comme un senseur de l’environnement cellulaire. L’interaction entre ces deux acteurs de la voie SHH va déclencher l’internalisation de ce complexe ligand-récepteur dans des vésicules endosomales (128).
Cette internalisation va permettre de lever la répression que ce dernier exerce sur un récepteur couplé aux protéines G (GPCR) : la protéine smoothened, SMO. Initialement située dans des vésicules intracellulaires, cette protéine à sept domaines transmembranaires est réprimé à l’aide
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Figure 14 : La voie de signalisation sonic hedgehog. En absence de son ligand
hedgehog, PTCH1 (patched homolog 1) localisé au niveau du cil primaire réprime le récepteur SMO (Smoothened). En revanche, en présence de son ligand, la répression de SMO est levée. Il va donc aller interagir au niveau du cil primaire avec le complexe SUFU/GLI (Suppresor of Fused et Glioma Associated Protein). SUFU sera alors dégradé tandis que GLI, activé, sera transloqué dans le noyau où il pourra agir en tant qu’activateur de transcription. Parmi les gènes cibles, on retrouve le récepteur PTCH1, mais aussi la cycline D1 (CCND1).
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d’un mécanisme non encore élucidé (130). Toutefois, on sait qu’une fois PTCH endocyté, SMO va se diriger vers le cil primaire et y moduler le complexe contenant la protéine Suppressor of Fused (SUFU) et la forme inactive d’une protéine nommée Glioma-associated, GLI. Chez l’homme, il existe trois facteurs de transcription à doigt de zinc GLI : GLI1, GLI2 et GLI3. Le premier va permettre d’activer la réponse, tandis que le dernier agira plutôt comme un répresseur (131). De manière plus générale, il semble surtout que l’activité de chacune de ces protéines dépende du stade de signalement de la voie SHH (131).
Il y aura donc une dissociation de ce complexe SUFU-GLI qui va entraîner la dégradation de la protéine SUFU. De son côté, le facteur GLI va subir des transformations (phosphorylation, sumoylation, ou même protéolyse sélective) qui vont lui permettre de passer du stade de GLI- Réprimé à GLI-Activé (131). Une fois activé, GLI est transloqué dans le noyau où il s’accrochera spécifiquement à des séquences consensus localisées dans les régions promoteurs des gènes cibles permettant d’en réguler l’expression. Parmi ces gènes cibles, on retrouve le facteur de transcription GLI lui-même, mais aussi PTCH, la cycline D1 et des produits impliqués dans la balance prolifération-différentiation (128). Il est à noter que l’une des cibles transcriptionnelles de GLI2 est la cycline D1 (132), responsable du passage à la phase S du cycle cellulaire.
A l’état physiologique, plusieurs phénomènes de rétrocontrôle permettent de réguler cette voie. Parmi ceux-ci, on retrouve les protéines PTCH et HHIP (Hedgehog interacting protein) produites par la signalisation HH et jouant un rôle dans son induction (128).