HDAC6 est une des déacétylase de classe II régulant de nombreux processus biologiques. HDAC6 dispose de fonctions, à la fois cytoplasmiques et nucléaires. Contrairement aux autres déacétylases, HDAC6 a une spécificité pour d’autres substrats que les histones. Les différentes
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fonctions d’HDAC6 font de cette protéine une cible thérapeutique intéressante dans un certain nombre de pathologies comme le cancer (Aldana-Masangkay and Sakamoto, 2011).
L’acétylation des résidus lysines est une modification post-transcriptionnelle réversible qui influence de nombreux processus cellulaires comme le remodelage de la chromatine, la signalisation, l’épissage de l’ARN, l’expression génique, le cycle cellulaire, la stabilité des protéines et leurs transports (Zhang et al., 2009a). La déacétylation de la lysine est un processus dynamique réversible régulé par la compétition entre deux familles d’enzymes, les histones
acétyltransférases (HAT) et les histones déacétylases (HDAC). Bien que l’acétylation des histones
ait été principalement étudiée dans le cadre de la structure de la chromatine et de l’expression génique, une étude récente, réalisée à partir d’une approche protéomique, a montré l’existence de plus de 3600 sites d’acétylations dans environ 1750 protéines nucléaires et non-nucléaires, comparé au phosphoprotéomeavec 6600 sites de phosphorylation dans environ 2200 protéines (Choudhary et al., 2009).
Parmi les 18 protéines HDAC chez les mammifères, HDAC6 est une déacétylase cytoplasmique de classe II unique, capable de désacétyler des substrats tels que la tubuline, Hsp90, et la cortactine (Bertos et al., 2004; Verdel et al., 2000). HDAC6 possède deux sites catalytiques et un domaine de doigts de zinc (appelé BUZ) à son extrémité C-terminale, capable de fixer l’ubiquitine libre aussi bien que les protéines mono- et poly-ubiquitinées avec une forte affinité (Boyault et al., 2006; Hook et al., 2002; Seigneurin-Berny et al., 2001). HDAC6 est localisée principalement dans le cytoplasme ou elle exerce son activité de déacétylase sur la tubuline de façon dépendante des microtubules via un mécanisme dépendant et indépendant de son activité enzymatique (Hubbert et al., 2002; Matsuyama et al., 2002; Zhang et al., 2003). Du fait de cette interaction, HDAC6 régule de multiples processus cellulaires tels que, la diffusion cellulaire, la migration cellulaire, la formation de la synapse immunitaire, la dégradation des protéines mal repliées, le désassemblage du cil primaire à travers diverses interactions avec ses partenaires. Les souris HDAC6-/- sont viables et ont un niveau de tubuline acétylée élevé dans différents organes. Elles présentent une réponse immunitaire modérée et une légère augmentation de la densité osseuse (Zhang et al., 2008).
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I.2 HDAC6 : Structure et localisation cellulaire
Les HDAC de classe I sont localisées exclusivement au niveau du noyau, alors que les HDAC de classe II sont des protéines plus larges que l’on retrouve au niveau du cytoplasme et du noyau (Fischle et al., 2001). HDAC6 est principalement retrouvée dans le cytoplasme à cause de sa séquence signal d’export nucléaire (NES) en N-term et son motif SE14, située après le deuxième site catalytique, qui l’ancre au cytoplasme (Bertos et al., 2004; de Ruijter et al., 2003) (Figure 38). Dans les cellules quiescente, on retrouve une faible fraction de cette protéine au niveau du noyau grâce à sa séquence signal de localisation nucléaire (NLS) en N-term (Verdel et al., 2000).
HDAC6 est composée de 1215 acides aminés, ce qui en fait la protéine la plus grosse de la famille HDAC, et le seul membre à avoir deux sites catalytiques localisés en N-term et dans la région centrale. Ces deux domaines sont complètement fonctionnels et contribuent de façon indépendante à la totalité de l’activité d’HDAC6 (Grozinger et al., 1999; Kawaguchi et al., 2003; Zhang et al., 2006). Enfin, on retrouve en C-term le domaine BUZ de fixation à l’ubiquitine (Seigneurin-Berny et al., 2001) et un domaine de fixation à la dynéine (DMB) entre les deux sites catalytiques (Kawaguchi et al., 2003) (Figure 38).
I.3 HDAC6 : régulation et signalisation
Par sa capacité à désacétyler l’α-tubuline, HDAC6 est impliquée dans diverses fonctions, comme la régulation de la résorption du cil primaire, le trafic du récepteur à l’EGF par la
Figure 38 : Représentation schématique d’HDAC6 et de ses domaines fonctionnels. HDAC6 est la seule
déacétylase avec deux domaines déacétylase (DD1 et DD2) portant l’activité catalytique. NES empêche l’accumulation de la protéine dans le noyau et la région SE14 permet un ancrage d’HDAC6 dans le cytoplasme. Le domaine NLS permet la translocation d’HDAC6 dans le noyau. Le domaine DMB (dynein motor binding) entre les deux domaines catalytiques permet une forte fixation aux dynéines. Le domaine BUZ (ubiquitin- binding zinc finger domain) permet une forte interaction avec les protéines mono ou poly-ubiquitinées. Illustration d’après (Yingxiu Li et al., 2012).
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déacétylation de la β-caténine (Aldana-Masangkay and Sakamoto, 2011; Gao et al., 2010; Pugacheva et al., 2007). Tout d’abord, HDAC6 est phosphorylée par HEF1 et AurA à la base du cil, ce qui engendre une augmentation de son activité de déacétylation de la tubuline. L’inhibition spécifique d’HDAC6 par la tubacine, ou l’utilisation d’un inhibiteur contre la kinase AuroraA stabilise le cil et empêche sa résorption au cours du cycle cellulaire (Pugacheva et al., 2007). D’autres études ont pu montrer qu’HDAC6 régule la translocation nucléaire de la β- caténine, et le trafic du récepteur à l’EGF (Gao et al., 2010; Li et al., 2008b). L’inhibition d’HADC6 empêche la localisation nucléaire de la β-caténine induite par l’EGF, et diminue l’expression de c-Myc ce qui engendre une diminution de la prolifération des cellules épithéliales. Ces résultats suggèrent qu’HDAC6 est capable de réguler la voie Wnt en désacétylant la β-caténine.
I.4 Tubuline and Cortactine
Le premier substrat d’HDAC6 identifié est la tubuline. L’acétylation réversible de la tubuline est impliquée dans la régulation de la stabilité des microtubules (Hubbert et al., 2002; Piperno et al., 1987; Zhang et al., 2003). La surexpression d’HADC6 dans les cellules de mammifères conduit à une hypoacétylation de la tubuline est favorise les déplacements cellulaires par chimiotactisme (Cabrero et al., 2006; Hubbert et al., 2002). Au contraire, l’inhibition de l’activité d’HDAC6, de façon pharmacologique ou génétique, engendre une hyperacétylation de la tubuline et des microtubules, augmente l’adhésion cellulaire, et diminue les capacités de déplacements des fibroblastes (Haggarty et al., 2003; Tran et al., 2007; Zhang et al., 2008). En plus de son interaction avec la tubuline, HDAC6 acétyle la protéine remodelant l’actine corticale : la cortactine (Zhang et al., 2007). La surexpression d’HDAC6 engendre une hypoacétylation de la cortactine, alors que son inhibition cause une hypoacétylation de cette protéine, ce qui empêche sa translocation à la périphérie de la cellule bloquant ainsi son association avec l’actine F ce qui conduit à la perte de la motilité cellulaire. Il apparait alors, qu’HDAC6 joue un rôle important dans le contrôle du déplacement cellulaire, en altérant les niveaux d’acétylation de la tubuline et de la cortactine.
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I.5 Protéines reliées au stress
Après la tubuline, le second substrat principal d’HDAC6 est Hsp90 (heat shock protein 90) (Bali et al., 2005; Kovacs et al., 2005). L’activité de cette protéine est fortement contrôlée par son niveau d’acétylation au cours de différents processus cellulaires. Dans les cellules au repos, HDAC6 est associée avec un complexe protéique composé de VCP, p97, la protéine chaperonne Hsp90 et HSF1 (heat-shock factor 1) (Boyault et al., 2007). Cependant, l’accumulation de protéines mal repliées lors d’un état de stress engendre la libération d’HDAC6 de ce complexe, ce qui conduit à l’activation d’HSF1. Une fois activée, HSF1 permet la transcription d’Hsp90 qui pourra exercer son activité de chaperonne sur les protéines à replier.
L’inhibition d’HDAC6 engendre une hyperacétylation d’Hsp90 ce qui affaiblit l’activation du récepteur aux glucocorticoïdes dépendent d’Hsp90 (Kovacs et al., 2005; Murphy et al., 2005). Une étude récente, a montré que les souris HDAC6-/- sont protégées contre l’intolérance au glucose, la résistance à l’insuline et l’hyperglycémie induite par la dexamethasone engendrés par une réduction de la translocation nucléaire du récepteur aux glucocorticoïdes (Winkler et al., 2012).