IV Les petites protéines G de la famille Rho
B- Fonctions des protéines Rho :
Les protéines Rho étaient à l’origine connues pour leur rôle essentiel dans le réarrangement du cytosquelette d’actine. Il est maintenant manifeste que les GTPases Rho sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires, dépendants mais aussi indépendants, de leur rôle sur la dynamique du cytosquelette d’actine. Les voies de signalisation qui médient leurs fonctions biologiques sont complexes et caractérisées par de nombreuses inter-connections. Par exemple, dans des fibroblastes 3T3, l’activation de Cdc42 induit l’activation séquentielle de Rac puis celle de Rho (Nobes et al., 1995). Ras est aussi capable d’activer la voie des GTPases Rho et les voies de signalisation de Ras et de Rho communiquent dans de nombreuses fonctions cellulaires (Sahai et al., 2001).
1) GTPases Rho et cytosquelette :
1-a) GTPases Rho et cytosquelette d’actine :
La fonction la mieux caractérisée des protéines Rho est leur action sur la régulation du cytosquelette d’actine. De nombreuses études ont montré que les protéines de la sous famille Rho (protéines RhoA, B et C) régulent l’assemblage des filaments contractiles myosine-actine qui contriburait à la contractilité et à la formation des fibres de stress et des points focaux d’adhésion. L’activation de RhoA par l’acide lysophosphatidique (LPA) entraîne la formation de fibres de stress d’actine et de points focaux d’adhésion responsable respectivement de la forme de la cellule et de son ancrage à la matrice extracellulaire. Elles recrutent et activent les ROCK (kinases liées aux Rho), qui sont responsable de la
phosphorylation de protéines du cytosquelette. Les Rho-kinases jouent le rôle de médiateurs des signaux induits par les protéines Rho et induisent la formation des fibres de stress et des points focaux d’adhésion (Kimura et al., 1996; Amano et al., 1997).
Les protéines Rac (Rac1 2 et 3 et RhoG) et Cdc42 régulent la polymérisation de l’actine pour former des zones d’extension cellulaire. L’activation de Rac par le PDGF, l’EGF ou l’insuline conduit à la formation de replis membranaires (« ruffles ») et de lamellipodes. L’activation de Cdc42 par la bradykinine, induit, la formation de longs et fins prolongements de membranes appelés filopodes. Les autres protéines Rho n’ont pas en encore de rôles attribués précisément dans l’organisation du cytosquelette d’actine (Raftopoulou et al., 2004) (Ridley
et al., 1992).
Rho, Rac et Cdc42 participent aussi à la migration cellulaire ainsi qu’à la dynamique de formation des jonctions cellulaires (Ridley et al., 2001). RhoA participerait à la migration cellulaire en assurant notamment la déstabilisation des points d’adhésion à la matrice et en permettant la contraction des fibres d’acto-myosine pour rétracter le cytoplasme à l’arrière de la cellule (Raftopoulou et al., 2004). Cdc42 serait principalement impliqué dans l’établissement de la polarité et Rac jouerait le rôle moteur de polymérisation de l’actine à l’avant des cellules, produisant une véritable force d’expansion cellulaire responsable de la migration (Etienne-Manneville et al., 2002).
1-b) GTPases Rho et microtubules :
De la même façon que les filaments d’actine, le réseau de microtubules présente une polarité intrinsèque avec une partie ancrée dans le centrosome et une dynamique d’assemblage et désassemblage permanente. L’organisation des microtubules contribue à la polarité cellulaire et à la distribution de certaines structures telles que l’appareil de Golgi et le faisceau mitotique. Les protéines RhoGTPases peuvent réguler ce réseau en différents endroits et l’effet est probablement dépendant du contexte (Jaffe et al., 2005).
2) GTPases Rho et trafic cellulaire :
Les GTPases Rho ont aussi été impliquées dans le trafic membranaire et intracellulaire. Dans les étapes du trafic endocytaire, les GTPases Rac et RhoA seraient impliquées dans
les étapes d’internalisation des vésicules membranaires à partir de la membrane plasmique. RhoA pourrait inhiber l’internalisation des récepteurs en les séquestrant au niveau des cavéoles et loin des puits de clathrines (Ellis et al., 2000).
Plusieurs GTPases Rho ont aussi été localisées au niveau de certains compartiments vésiculaires, suggérant qu’elles puissent agir sur certaines étapes du trafic endocytaire. Par exemple, RhoD régule la vitesse du trafic des vésicules le long du réseau du cytosquelette, mais n’agit pas dans la fusion des endosomes précoces. Et RhoB est impliqué dans la régulation du trafic endosomes tardifs/lysosomes ralentissant la dégradation du récepteur à l’EGF (Gampel et al., 1999).
3) GTPases Rho et expression génique :
Les protéines Rho régulent de nombreuses voies de transduction du signal qui conduisent à des régulations de l’expression génique. Elles modulent l’activité de SRF, NFkB, c/EBPb, Stat3, Stat5, FHL-2, PAX6, GATA-4, E2F, Estrogen Receptor a/b, CREB et les facteurs de transcription qui dépendent des voies JNK et p38 MAP kinases. Les substrats de ces kinases incluent c-Jun, ELK, PEA3, ATF2, MEF2A, Max et CHOP/2GADD153 (Benitah,
Valeron et al., 2004; Jaffe et al 2005). Par exemple, le SRF (serum response factor) facteur
de transcription agissant sur le SRE (serum response element), retrouvé dans de nombreux promoteurs est régulé par les Rho. En effet, le SRF nécessite le co-activateur MAL qui est capable de passer du cytoplasme vers le noyau en réponse à une activation par les Rho.
4) GTPases Rho et progression du cycle cellulaire :
La progression dans le cycle nécessite l’activation séquentielle des différentes kinases cyclines-dépendantes (CDKs). Des expressions aberrantes des protéines du cycle cellulaire, en particulier celles qui contrôlent la progression à travers la phase G1, ont été impliquées dans la pathogénicité de plusieurs types de tumeurs. Dans les cellules NIH-3T3 les mutants actifs de RhoA et Rac1 stimulent la transcription d’une construction possédant le promoteur
de la cycline D1 (Welsh et al., 2000). L’activité des CDKs est régulée par la variation d’expression de ses partenaires qui peuvent être activateurs comme les cyclines ou inhibiteurs (les CDKIs). Il a été rapporté que les protéines Rho, Rac et Cdc 42 modifient l’activité de ces CDKs en régulant le niveau de la cycline D1, et des CDKIs p21WAF1 et p27KIP1 qui modulent l’activité des CDK (Sahai et al., 2002).
5) GTPases Rho et apoptose :
Les protéines Rho sont impliquées à la fois dans des voies de signalisation pro et anti apoptotiques et dans le processus apoptotique lui même. L’utilisation de mutants actifs des Rho permet d’accroître l’apoptose dans différents types cellulaires in vitro et dans des cellules cancéreuses in vivo (Aznar et al., 2001).
Il a été mis en évidence l’existence dans des cellules tumorales d’une voie de survie dépendante de Rac médiée par les ions superoxides intracellulaires. (Pervaiz et al., 2001). D’autre part, RhoB est requis pour l’apoptose induite par les agents dommageants l’ADN et les inhibiteurs de farnésyl transférase (Liu et al., 2001; Prendergast et al 2000).
Les RhoGTPases ont donc été à l’origine très étudiées pour leurs fonctions régulatrices du cytosquelette d’actine, en particulier dans les mécanismes de migration cellulaire et de phagocytose.