Fonctionnement de la voie

Les protéines STATs (signal transducer and activator of transcription) sont des facteurs de transcription activés après divers signaux extracellulaires. Chez les mammifères, il existe 7 protéines STATs, ayant des structures relativement conservées (Becker et al., 1998). Pour la suite, nous allons nous focaliser sur la voie STAT1 (Figure 10).

Une fois secrété, l’IFN va se lier à des récepteurs localisés à la surface des cellules. La signalisation dépendante de l’IFN implique 4 familles de protéines : les récepteurs de type 2, les kinases Janus associées aux récepteurs JAKs (Janus associated kinases), les protéines STATs, et les facteurs de transcription IRF (interferon regulatory factor). L’IFN se lie aux récepteurs IFN R, induisant leur dimérisation et leur changement conformationnel. Ce changement va provoquer l’activation par autophosphorylation et transphosphorylation des protéines JAK1 et JAK2, qui sont de la famille des tyrosine kinases. Une fois activées, JAK1 et 2 vont phosphoryler le domaine intracellulaire des récepteurs, créant ainsi un site d’ancrage pour le recrutement de STAT1 (Figure 10, étape 2).

Là, STAT1 est recruté et activé par phosphorylation en résidu tyrosine 701 par JAK1 et 2, ce qui induit alors sa dimérisation par l’interaction des domaines SH2 phosphorylés (Shuai et al., 1992, 1993). Sous sa forme homodimère, STAT1-Y-P arbore un domaine de localisation nucléaire (NLS), qui lui permet de transloquer dans le noyau de la cellule par un système actif d’import (Sekimoto et al., 1996) (Figure 10, étape 3)..

STAT1 comprend plusieurs domaines distincts. Le domaine N terminal est impliqué dans les interactions entre protéines (Figure 10) (John et al., 1999). Le domaine coil-coiled est quant à lui responsable de l’association de STAT1 avec d’autres protéines, et est indispensable à l’activité transcriptionnelle de STAT1 (Zhu et al., 1999). La séquence se poursuit avec un linker, nécessaire à l’interaction stable entre STAT1 et l’ADN (Yang et al., 2002). Ensuite, le domaine de liaison à l’ADN est une partie plus spécifique des protéines STATs, et chacun reconnait des motifs différents pour une spécificité d’action (Horvath, 2000). Enfin, le domaine C terminal, aussi appelé le domaine transactivateur, permet de lier d’autres facteurs de transcription et des coactivateurs pour une activité transcriptionnelle optimale (Imada and Leonard, 2000; Wen et al., 1995).

5.1.2. Activité transcriptionnelle

Dans le noyau, l’homodimère reconnait une séquence ADN particulière nommée GAS (gamma activated sequences) (TTnCnnnAA), contenue dans les promoteurs des gènes activés par l’IFN (Darnell et al., 1994; Schindler and Darnell, 1995).

Une fois lié à l’ADN, STAT1-Y-P va pouvoir recruter différents coactivateurs par le biais de son domaine transactivateur. CBP/p300 appartiennent à la catégorie des histones acétyl-transférases qui permettent un relâchement de la chromatine à proximité des sites de transcription (Kadonaga, 1998). Ces coactivateurs sont impliqués dans l’activité transcriptionnelle de la plupart des facteurs de transcription.

Une fois lié à l’ADN, STAT1 subit une deuxième phosphorylation sur son résidu sérine 727 (Sadzak et al., 2008). Cette modification, située dans le domaine transactivateur, permet d’augmenter fortement l’activité transcriptionnelle de STAT1 (Kovarik et al., 2001; Wen et al., 1995). En effet, la phosphorylation en sérine de STAT1 permet un stimulation plus importante de l’acétylation des histones, permettant ainsi l’expression des gènes induits par l’IFN (Varinou et al., 2003).

Figure 10: Fonctionnement de la voie JAK/STAT1

(1) L’IFN se lie à son récepteur, ce qui active les kinases associées JAK1 et JAK2. (2) STAT1 est recruté et phosphorylé en tyrosine (Y) par les JAK kinases, ce qui induit sa dimérisation. (3) Le dimère de STAT1 entre dans le noyau. (4) STAT1 se lie aux séquences GAS spécifiques, subit une phosphorylation en sérine (S), différents

cofacteurs sont recrutés pour permettre la transcription des gènes. (5) CBP/p300 acétyle les résidus lysine (K) 410 et 413 de STAT1, ce qui provoque le décrochage de l’ADN. (6)TCP45 déphosphoryle STAT1, entrainant son export dans le cytoplasme. (7) STAT1 est déacétylé par une HDAC cytoplasmique, ce qui permettra un nouveau cycle

d’activation.

NTD : N terminal domain ; CC : coil-coiled domain ; DBD : DNA Binding domain ; LD : Linker domain ; SH2 : Src Homology domain 2 ; TAD : transactivating domain

5.1.3. Recyclage de STAT1

Une fois la transcription des gènes induits par l’IFN lancée, STAT1 va subir une acétylation sur ses résidus lysine 410 et 413 par le coactivateur et acétyl-transférase CBP (Figure 10, étape 5) (Krämer et al., 2006). Cette modification entraine alors une perte d’affinité pour l’ADN, et donc un décrochage de STAT1. Une fois libéré, STAT1 va être la cible d’une déphosphorylation de ses résidus tyrosine et sérine par une phosphatase nucléaire, TCP45 (Figure 10, étape 6) (Mertens et al., 2006).

La déphosphorylation de STAT1 coïncide avec son export dans le cytoplasme et son retour à l’état de monomère (Begitt et al., 2000; McBride et al., 2000; Mowen and David, 2000). L’acétylation des résidus lysine inhibe la phosphorylation de STAT1 et donc sa translocation nucléaire. STAT1 doit donc subir une étape de déacétylation, assurée par l’enzyme HDAC3, présente à la fois au niveau nucléaire et cytoplasmique (Klampfer et al., 2004). De cette façon, STAT1 est à nouveau prêt pour un autre cycle d’activation (Figure 10, étape 7).

5.1.4. Régulation de la voie JAK/STAT

L’activation de STAT1 en réponse à une stimulation a comme conséquence une régulation génique importante, induisant entre autres la production de cytokines pro-inflammatoires. Il est donc nécessaire pour la cellule de pouvoir contrôler finement cette voie pour éviter des effets délétères. L’importance des mécanismes de régulation de la voie JAK/STAT a été montrée à plusieurs reprises (Naka et al., 1999; Schindler and Darnell, 1995; Shuai et al., 1992). L’activation de STAT1 est par conséquent transitoire, et plusieurs mécanismes cellulaires existent pour mettre fin à la signalisation STAT1.

Tout d’abord, il existe des tyrosine phosphatases, SHP1 et SHP2, associées au récepteur de l’IFN qui permettent, par une déphosphorylation des récepteurs et des protéines JAK, d’inactiver la voie JAK/STAT1 (David et al., 1993; Haque et al., 1997).

SOCS1 (suppressor of cytokine signalling) est un inhibiteur spécifique de STAT1, qui se lie directement aux protéines JAK afin d’inhiber leur activité tyrosine kinase, permettant ainsi d’empêcher l’activation de STAT1 (Endo et al., 1997).

La protéine PIAS1 (protein inhibitor of activated STAT1) a été identifiée comme un partenaire spécifique de STAT1 sous sa forme tyrosine phosphorylée et dimérisée (Liu et al., 1998). PIAS1, de par cette interaction, inhibe la capacité de STAT1 à se lier à ses séquences spécifiques au niveau des promoteurs (Liu et al., 2004).