Les RCPGs peuvent aussi signaler à partir d’autres endroits dans la cellule que de la membrane plasmique. La notion que tous les RCPGs sont acheminés initialement à la membrane plasmique a été mise à l’épreuve récemment. Tel que décrit plus haut, le récepteur GABAB1 nécessite la présence du récepteur GABAB2 pour être acheminé entre le RE et la membrane plasmique. Cependant, la distribution du récepteur GABAB1 dans le système nerveux central est beaucoup plus large que la distribution du récepteur GABAB2, suggérant que le récepteur GABAB1 pourrait avoir une fonction intracellulaire [182-184]. Aussi, il a été montré que le GPR30, un RCPG, est acheminé exclusivement au RE et est un récepteur fonctionnel pour les oestrogènes [185]. Ces deux exemples suggèrent que les complexes de signalisation incluant les RCPGs ne se retrouvent pas systématiquement à la membrane plasmique. De plus, plusieurs études ont montré que la protéine G hétérotrimérique peut être localisée au RE ou au Golgi. Les protéines G à ces localisations intracellulaires seraient impliquées dans la régulation du transport antérograde et l’organisation de l’appareil de Golgi [186-191]. Les récepteurs, qui contrôlent ces événements, s’ils existent, sont encore inconnus. Toutefois, il est clair qu’une des molécules clés est la protéine kinase D et qu’elle peut interagir directement avec le dimère Gβγ [186]. De plus, des études récentes indiquent que les RCPGs et la machinerie de signalisation qui leur est associée peuvent être acheminés au noyau [192]. Les mécanismes par lesquels la signalisation se produit à partir de ce compartiment sont encore incompris, mais les sous-unités Gβγ pourraient être des molécules clés dans cette signalisation singulière.
Récemment, des impacts nucléaires directement liés au dimère Gβγ ont été décrits. Par exemple, le dimère Gβ1γ2 peut interagir directement avec les histones déacétylase 4 et 5 (HDAC4 et HDAC5) [1]. Au niveau basal, HDAC5 interagit avec le
facteur de différenciation musculaire MEF2, ce qui résulte en une diminution de son activité transcriptionnelle. Suivant la stimulation des récepteurs α2aR, le dimère Gβγ
activé interagit directement avec HDAC5, ce qui relâche MEF2 et lui permet de stimuler la transcription. Autant l’inhibiteur PTX que βARKct, un séquestreur du dimère Gβγ, inhibe l’activité de MEF2 [1]. Selon ces études, il reste à déterminer si c’est le dimère Gβγ cytoplasmique qui séquestre la protéine HDAC5 ou si ces événements ont lieu directement au noyau.
Comme mentionnée précédemment, la sous-unité Gβ5 interagit avec un certain nombre de RGS. La sous-famille R7 des RGS est enrichie dans le cerveau et fonctionne sous la forme d’un complexe stable RGS-Gβ5, qui est localisé autant au cytosol qu’au noyau [193]. La protéine R7BP interagit directement avec la paire R7-Gβ5 et potentialise la capacité de ce complexe à réguler l’activité des canaux Kir3 en réponse à une stimulation du récepteur M2 muscarinique [194]. La palmitylation de la protéine R7BP permet d’ancrer le complexe R7-Gβ5 à la membrane plasmique afin de réguler la signalisation des RCPGs. L’ajout d’une molécule de palmitate sur la protéine R7BP est un phénomène transitoire et hautement régulé [195]. La perte de la molécule de palmitate cause le relâchement du complexe R7BP-R7-Gβ5 de la membrane plasmique et sa translocation au noyau. Un mutant Gβ5 incapable de lier le R7, tout en conservant son site de liaison à la sous-unité Gγ2, ne peut pas être trouvé dans le noyau des cellules HEK293 ou PC12, suggérant un rôle important de la protéine RGS dans sa localisation nucléaire [196].
Une autre étude a montré que les dimères Gβγ peuvent interagir avec le répresseur de la transcription AEBP1 (adipocyte enhancer-binding protein) [197]. AEBP1 interagit principalement avec le dimère Gβγ, qui contient la sous-unité Gγ5, dans les noyaux des cellules 3T3-L1, mais non dans les noyaux des cellules NIH 3T3. L’interaction AEBP1/Gβγ5 atténue l’activité de répression transcriptionnelle de AEBP1.
Un autre nouvel effecteur du dimère Gβγ qui n’a pas une localisation classique à la membrane plasmique est le récepteur aux glucocorticoïdes (GR). Ces récepteurs sont localisés au cytoplasme et sont transloqués au noyau en réponse à la liaison d’un ligand, résultant en la régulation de la transcription de plusieurs gènes cibles. Les sous-unités Gβ1 et Gβ2 peuvent se lier au GR et sont transloquées au noyau avec le récepteur en présence de son ligand, le dexaméthasone [2, 198]. L’interaction entre le Gβ et le GR supprime l’activité transcriptionnelle du récepteur. Un mutant Gβ2 n’interagissant pas avec les sous-unités Gγ est incapable d’inhiber l’activité de GR, suggérant un rôle primordial de la sous-unité Gγ dans ce processus.
Somme toute, les études mentionnées ci-haut commencent à révéler un rôle central pour le dimère Gβγ dans de nombreux compartiments intracellulaires en régulant directement de multiples processus tels que la transcription et le transport des protéines. Tous ces exemples suggèrent que le dimère Gβγ est bien plus qu’une molécule de signalisation induite par la stimulation d’un récepteur. Suivant cette logique, nous avons identifié une nouvelle classe de protéines interagissant avec le dimère Gβγ, soit les facteurs de transcription Fos, membres du complexe AP-1 (activator protein-1).
Figure 5 : Effecteurs classiques et nouvelles interactions du dimère Gβγ.
Le dimère Gβγ permet la régulation de plusieurs effecteurs situés à la membrane plasmique, tels l’AC ou des canaux potassiques ou calciques. Récemment, de nouvelles protéines interagissant avec le dimère Gβγ ailleurs qu’à la membrane plasmique ont été identifiées. Parmi celles-ci, notons les protéines nucléaires HDAC5, les récepteurs aux glucocorticoïdes ou le co-répresseur de la transcription AEBP1.
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Facteur de transcription de la famille des AP-1
L'acide désoxyribonucléique (ADN) des eucaryotes est organisé dans une structure complexe, soit la chromatine. L’unité fondamentale de la chromatine est le nucléosome, qui est composé d’ADN et de protéines histones. Les protéines histones permettent à l’ADN de s’enrouler en une forme plus compacte. À la base, la chromatine représente un obstacle pour la transcription génique puisqu’elle réduit l’accessibilité à l’ADN pour les facteurs de transcription. La régulation de la transcription implique donc un remodelage dynamique de la chromatine par des modifications post-traductionnelles réversibles que subissent les histones, telles que la phosphorylation, l’acétylation, la méthylation et l’ubiquitination. Ces modifications modifient les interactions histones/ADN et histones/protéines ainsi que la structure de la chromatine. Par exemple, l’acétylation des histones par l’enzyme histone acétyle transférase (HAT) neutralise la charge positive des résidus lysines de l’histone et détend l’association entre l’ADN et les histones, ce qui augmente l’accessibilité de l’ADN pour les facteurs de transcription. À l’inverse, la déacétylation des histones par les HDAC favorise l’interaction entre les résidus lysines chargés positivement des histones et les phosphates chargés négativement de l’ADN.
Le contrôle de la régulation d’un gène se fait à partir de son promoteur. Un promoteur typique est divisé en deux parties distinctes, le promoteur basal et le promoteur proximal. La région du promoteur de base contient généralement la boîte TATA et guide l’ARN polymérase au site d’initiation de la transcription. La région proximale contient le ou les séquences d’ADN qui sont reconnues par des facteurs de transcription. La liaison des facteurs de transcription augmente ou diminue la fréquence de l’initiation de la transcription.
Les facteurs de transcription possèdent deux régions essentielles, soit un domaine de liaison à l’ADN et un domaine d’activation. Le domaine de liaison à l’ADN reconnaît une séquence spécifique d’ADN alors que le domaine de transactivation interagit avec les composantes de l’appareil de transcription (ARN polymérase), ainsi qu’avec d’autres
protéines régulatrices dictant l’activation ou la répression de la transcription génique. Par exemple, le recrutement des co-activateurs de la transcription telle que CBP (CREB binding-protein)/p300 ou HAT permettra d’initier la transcription du gène alors que le recrutement de co-répresseurs de la transcription tel que HDAC et N-Cor inhibe la transcription du gène. Selon les données récoltées par le projet du génome humain, environ 10% des gènes codent pour des facteurs de transcription, ce qui en fait le type de protéines le plus représenté. Une des familles de facteurs de transcription est la famille AP-1.
Les protéines composant le complexe AP-1 font partie de la classe des gènes immédiats précoces aussi référée comme les gènes de réponse primaire. La caractéristique commune de ces gènes est qu’ils sont induits très rapidement et de façon transitoire, et ce, sans qu’il y ait synthèse de nouvelles protéines. Ces gènes incluent différents groupes de protéines dont des protéines de sécrétion, des enzymes cytoplasmiques et des facteurs de transcription dont certains membres formant le complexe AP-1. Cependant, il a été montré que, dans le cerveau, l’activation du complexe AP-1 est dépendant de la synthèse protéique de novo de certaines composantes AP-1 ainsi que de leur interaction avec certaines protéines déjà présentes. Le complexe de transcription AP-1 peut être composé de plusieurs combinaisons différentes d’hétéro ou d’homodimère. C’est l’agencement de ces dimères qui détermine les gènes qui sont régulés. Les membres principaux formant ces dimères sont les protéines de la famille des Fos et des Jun. Trois domaines caractéristiques sont assez bien conservés au sein des différents membres de ces familles, soit un domaine à glissière à leucine, une région basique et un domaine de transactivation. La glissière à leucine est responsable de la dimérisation des protéines AP-1 [199]. La caractéristique majeure d’un motif à glissière à leucine est des répétitions périodiques de résidus leucine localisés à des intervalles de sept acides aminés, ce qui crée des ponts d’interactions hydrophobes dans le dimère. La région basique est celle qui permet au facteur de transcription AP-1 de lier l’ADN sur une séquence bien spécifique (TGAC/GTCA) nommée séquence consensus. Le domaine de transactivation permet au facteur de
transcription de recruter, entre autres, les coactivateurs généraux de la transcription tels que les protéines membres de la famille des CBP/p300 [200, 201]. Ces protéines sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires tels que la prolifération, la différentiation, la transformation et l’apoptose.