Selon leurs fonctions, les effecteurs de la sous-famille RHOA peuvent être regroupés en 3 catégories : les effecteurs possédant une activité Serine/Thréonine kinase (PRK/PKN, ROCK, citron K), ceux possédant une activité lipide kinase (PiP5K, PLD) et enfin ceux ne possédant pas d’activité kinase et jouant un rôle structural (Rhotekin, Rhophilin, mDia, Kinectin)56. Le rôle physiologique de
certains de ces effecteurs est encore mal connu faute d’étude extensive et il n’existe pas de souris KO pour tous les effecteurs. Les données obtenues pour les principaux effecteurs sont compilées dans la revue de Narumyia, extrêmement bien documentée57. Très brièvement, nous retiendrons que :
ROCK (RHO-associated Coiled-coil Containing Protein Kinase) est impliquée dans la contractilité du cytosquelette d’actine. 2 isoformes ont été mises en évidence.
mDia (mammalian homolog of Drosophila Diaphanous) participe à l’élongation des filaments d’actine et stabilise les microtubules. 3 isoformes différents ont été identifiés chez les mammifères et des rôles dans la cytokinèse ont été attribués aux isoformes mDia2 et mDia3. Citron Kinase intervient principalement au moment de la cytokinèse, par action sur l’anneau
contractile d’actine ;
PRK/PKN possédant un domaine proche de la Protéine Kinase C, participe à la régulation du cytosquelette d’actine par son action sur -Actinin ainsi qu’à la régulation des filaments intermédiaires. 3 isoformes sont également recensées.
Rhotekin a été impliquée dans la polarité cellulaire, la formation des adhésions focales et l’organisation des Septines. Le groupe de O’Connor a récemment mis en évidence la liaison
de la Rhotekin par son domaine RBD à la protéine S100A4, suggérant ainsi un rôle majeur de cet effecteur dans la migration cellulaire58. 2 isoformes existent.
Les différents effecteurs des RHO présentent eux-mêmes de nombreuses cibles différentes, mais partagent également certaines (ex : LIMK pour ROCK et PAK, MYPT pour ROCK et MRCK). Il en ressort un réseau de signalisation d’aval très intriqué entre les différentes protéines RHO.
Enfin, les effecteurs peuvent être activés par d’autres protéines que les RHO 59: dans la
cascade de signalisation apoptotique, ROCK peut être libéré de son domaine d’auto-inhibition par clivage issu des caspases. D’autres petites GTPases, telles que RND3 peuvent en revanche se lier à son domaine N-terminal et inhiber son activité kinase. Enfin, différents sites de phosphorylation peuvent modifier sa localisation subcellulaire. En conséquence de quoi, les stratégies utilisant des dominants négatifs des effecteurs des RHO pour étudier la fonction de ces dernières sont inévitablement à considérer avec précautions.
Mécanismes moléculaires régulant le cytosquelette d’actine
Les voies de signalisation qui contrôlent l’organisation du cytosquelette d’actine sont complexes par la quantité de protéines intervenant60. Cependant, de grandes voies de signalisation sont
maintenant bien établies pour les trois protéines régulatrices majeures RHOA, RAC, et CDC42. Elles sont décrites dans le schéma suivant (Figure 13).
Figure 13 : Principaux effecteurs de la famille RHO participant au contrôle du cytosquelette d’actine, d’après 3,61.
La polymérisation des filaments d’actine est étroitement régulée dans une cellule soit au niveau des extrémités + (« barbed ») par l’ajout de monomères soit au niveau des extrémités – (« pointed ») par leur dépolymérisation. De plus, les filaments d’actine grandissent jusqu’à ce qu’ils soient « coiffés ». De sorte que la polymérisation de l’actine peut être régulée à plusieurs niveaux : en augmentant l’addition de monomères à l’extrémité +, en générant de nouveaux filaments, en augmentant le nombre d’extrémités + ou en réduisant la dépolymérisation. Les Formins et les membres de la famille Ena/VASP rajoutent des monomères d’actine à l’extrémité + tandis que les protéines du complexe Arp2/3 permettent la génération de nouveaux filaments d’actine,
principalement sur le côté de filaments préexistants. La Cofilin augmente le nombre d’extrémités + en sectionnant les filaments d’actine préexistants.
Un lamellipode est principalement constitué d’un réseau « branché », en arc de cercle de filaments d’actine. L’activité du complexe Arp2/3 est principalement favorisée par l’effecteur WAVE de RAC1 (via la protéine adaptatrice IRSp53), qui rapproche le complexe de nucléation des filaments d’actine. Les filopodes sont constitués par des filaments d’actines linéaires, et CDC42 via WASP ou N-WASP active de la même façon le complexe de nucléation. D’autres protéines, telles que la Fascin interviennent alors pour structurer ces filaments en filaments linéaires. D’autre part, RAC peut également affecter la dépolymérisation de l’actine via son effecteur PAK. La LIM-Kinase en aval phosphoryle à son tour la Cofilin, qui inhibée, perd sa capacité à libérer les extrémités masquées des filaments d’actine.
RHOA permet la formation de fibres de stress d’actine et la contractilité du cytosquelette d’acto-myosine principalement par son effecteur ROCK (I et II). Rappelons que la phosphorylation des chaines légères de myosine est un événement clé dans la régulation de la contractilité acto- myosine, permettant de libérer la chaine lourde de myosine et l’association de la tête des chaines lourdes avec les filaments d’actine. ROCK augmente la phosphorylation de la myosine de deux manières : soit directement en agissant comme une kinase sur les chaines de myosine soit indirectement en inhibant l’activité de phosphatase des chaines légères de myosine. D’autre part, ROCK via la LIMKinase inhibe la Cofilin (phosphorylation de la Serine 3) pour stabiliser les filaments d’actine et favoriser leur élongation. RHOA contrôle également la polymérisation de l’actine par son effecteur de la famille des Formines, mDia1, qui, constamment accroché à l’extrémité des filaments d’actine, y rajoute des monomères d’actine. Enfin une autre fonction canonique de l’activité de RHOA réside dans la stabilisation des adhésions focales. Les premières observations de Ridley montrent que celles ci sont intimement liées à la formation des fibres de stress62 et en réalité, fibres de
stress et adhésions focales constituent des structures interactives : les adhésions induisent la formation des fibres de stress et la contraction des fibres de stress renforce la croissance des adhésions63. Les
adhésions focales rassemblent un grand nombre de protéines, aux rôles variés (structural, adaptateur, régulateur, transduction du signal) et la Vinculine est une protéine considérée comme marqueur des adhésions focales. Les effecteurs ROCK et mDia sembleraient tous les deux impliqués dans la formation des adhésions focales, et un autre effecteur, phosphatidylinositol 4-phosphate5-kinase PIP5- K, via la production de PiP2 permettrait le démasquage des sites de liaison aux fibres de stress d’actine de la Vinculine64.