Le domaine de liaison LXXLL des co-activateurs interagit avec ER
Les co-activateurs vont se lier à ER via son domaine AF-1, son domaine D, ou son domaine AF-2 ou encore de manière indirecte par l'intermédiaire d’autres co-facteurs (McKenna et al, 1999). Un même co-activateur peu lier les différents domaines d’ER ou être spécifique d’un des domaines. L’interaction entre les co-activateurs et AF-2 a été largement décrite dans la littérature ce qui n’est pas le cas pour les interactions avec les autres domaines. Ainsi la plupart des co-activateurs d’AF-2 possèdent une région LXXLL (L représente une
leucine et X n'importe quel acide aminé) (Le Douarin et al, 1996; Heery et al, 1997) déterminante pour leur liaison avec ER (Heery et al, 1997).
C'est grâce à l'étude de la famille SRC (Mc Kenna et al, 2002) (figure 21) qu'il a été montré que les co-activateurs pouvaient se lier au LBD des récepteurs nucléaires grâce à un motif LXXLL.
D’après Mc Kenna et al 2002
Figure 21. Les domaines d'interaction entre ERα et SCR. En haut sont représentés les domaines
d'interaction fonctionnels de ERα : en bleu AF-1 (Activation function 1), en marron DBD (DNA binding domain), en gris H (domaine charnière),en vert LBD (ligand binding domain) et AF-2 (Activation function 2), en bas sont représentés les domaines d'interaction fonctionnels de SRC : en rouge bHLH (basic helix-loop-helix), en vert foncé LXXLLs (domaines ou L représente une leucine et X n'importe quel acide aminé), en rose fuschia domaine d'interaction avec CBP (CREB (C-AMP Response Element-binding protein) -binding protein), en vert clair domaine d'interaction avec
CARM-1(coactivator-associated arginine methyltransferase 1) et en saumon Ac (activité acetyl
transférase). Au milieu, est schématisée l'interaction entre ERα (bleu) via son LBD (vert clair) et SRC (gris) via son domaine LXXLL (vert foncé).
Le motif LXXLL forme une hélice alpha courte et est nécessaire et suffisant pour assurer le lien entre les co-activateurs et l’ERα (Torchia et al, 1997). Il existe parfois plusieurs motifs LXXLL pour un seul co-activateur permettant une interaction coopérative avec le récepteur en dimère. Les hélices α12 et α3 du LBD forment une pince chargée qui agrippe le domaine LXXLL, du co-activateur et le place dans une poche hydrophobe du LBD (Skavur et al, 2004) (figure 22).
D'après Savkur et al, 2004
Figure 22. Représentation schématique de la liaison du LXXLL des co-activateurs avec le LBD d’ER. En marron, les Hélices α3 et α12 appartenant au LBD d'ER forment une pince chargée qui
enserre le LXXLL (en vert clair) des co-activateurs. La charge négative du groupement carboxyl de l'acide glutamique (E) de l'hélice α12 forme une liaison hydrogène avec la partie N-terminale du motif LXXLL et la charge positive du résidu lysine (K) de l’hélice α3 se lie à l’extrémité carboxyl- terminale du LXXLL. Cela permet aux résidus leucines hydrophobes du domaine LXXLL de venir se mouler dans la cavité hydrophobe du LBD d’ER.
Ligne verte en pointillé : structure protéique simplifiée du co-activateur encadrant sa région LXXLL (d’après Skavur et al, 2004).
La spécificité et donc la force de la liaison de l'hélice LXXLL avec l'ER est déterminée par sa séquence et par les acides aminés qui l'encadrent (Heery et al, 2001). La qualité de cette liaison va aussi être modulée par les changements conformationnels d'ER induits par ses différents ligands. Ci-dessous une illustration (figure 23) permettant d’observer de manière tridimentionnelle une conformation favorable d’ERα induite par E2, lui permettant de lier le domaine LXXLL du modulateur peptidique-1 (PERM-1) (Savkur et al, 2004).
Figure 23.Illustration tridimensionnelle du LBD d'ER .Gauche : La structure au rayon X du LBD
(ruban vert et bleu) du ERα (forme cyclique rouge) lié à l'E2 et au modulateur peptidique-1 du ER (PERM1 structure jaune) indique la structure tridimentionelle globulaire composée de 3 couches d'hélices α disposées en sandwich (ruban vert). Droite : Crystal illustrant l'interaction de PERM-1 avec le LBD d’ERα en présence du ligand. La boite nuclear récepteur (NR) de SRC est en rose et est superposée sur PERM-1 en jaune (d'après Savkur et al, 2004)
La position relative de l'hélice α12 dans le LBD va donc être modifiée par l'interaction du récepteur avec certains ligands. Lorsque ER lie un agoniste, l’hélice α12 se replie de manière à former avec les hélices α3 et α5 une "pince" chargée et une poche hydrophobe dans
laquelle peut s'attacher et se placer le domaine LXXLL des co-activateurs (Shiau et al, 1998) (figure 24).
D’après Brzozowski et al, 1997
Figure 24. E2 modifie la position relative de l'hélice α12 au sein du LBD d'ER. A gauche : schéma
du LBD d’ER ne liant pas de ligand : La structure du LBD ne permet pas d’accrocher un domaine LXXLL. A droite : schéma du LBD d’ER liant un ligand l’E2, l’hélice α12 forme avec les hélices α3 et α5 une poche hydrophobe pouvant accueillir le domaine LXXLL d’un co-activateur.
H1-H12 : hélice alpha du LBD du ER ; AF-2 : fonction d’activation-2 ; S1 etS2 : feuillets béta du LBD du ER ; : E2
En ce qui concerne les interactions des co-activateurs avec les autres domaines d’ER il est intéressant de noter que certains co-activateurs qui se lient au LBD grâce à leur domaine LXXLL en présence de ligand peuvent aussi lier le domaine A/B d’ERα de façon
indépendante du ligand. C’est le cas, par exemple, de SRC, CBP et p300 (Webb et al, 1998). D’autres vont se lier au domaine D comme les Peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1 alpha (PGC-1α) et 1 beta (PGC-1β) (Tableau3)
Le domaine de liaison LXXI/HIXXXI/L des co-répresseurs interagit avec ER
Comme pour les co-activateurs, les domaines AF-2 et AF-1 d'ER sont susceptibles de se lier aux co-répresseurs mais à l'inverse des co-activateurs, leur liaison à ER sera à l'origine d'une inhibition de la transcription. Cependant, comme nous allons le décrire, les liens entre les co-répresseurs et AF-2 ne sont pas si clairement établis et un certain nombre d'éléments suggèrent que les co-répresseurs ne se lient pas à AF-2 mais au DBD d'ER. De la même manière que pour les co-activateurs et à l'inverse de ce qui est connu pour les autres RN la liaison d'ER à un ligand est nécessaire pour que les co-répresseurs puissent lier ER. Enfin les co-répresseurs possèdent un domaine LXXI/HIXXXI/L les (‘corner’) box (CoRNR) analogue au LXXLL des co-activateurs qui est lui aussi déterminant pour leur liaison à ER.
Les premières études concernant les co-répresseurs ont été effectuées sur d'autres récepteurs nucléaires qu’ERα et elles ont mis en évidence deux co-répresseurs, le nuclear Co- repressor (NCoR) et le "silencing mediator for retinoïde and thyroïd hormone receptor" (SMRT). Ces études ont constaté que ces co-répresseurs se liaient fortement avec les récepteurs aux hormones thyroïdiennes (TR) et à l’acide rétinoïque (RAR) non liés au ligand. NcoR et SMRT se lient au LBD de TR et RAR par l'intermédiaire de domaines, positionnés en C-terminal, les (‘corner’) box (CoRNR) proches du LXXLL qui sont des domaines portant la séquence suivante LXXI/HIXXXI/L (L, leucine ; I, isoleucine ; X n'importe quel acide aminé; H, histidine) (Zhang et al, 1998 ; Perissi et al, 1999). Cette séquence est une hélice α amphipatique plus étendue que celle déterminée par le LXXLL des co-activateurs. En absence
de ligand les co-répresseurs vont se loger via leurs CoRNR dans la poche hydrophobe du LBD de TR et RAR et bloquer le site AF2. Cependant le lien des co-répresseurs avec ER ne suit pas les mêmes règles. Premièrement, il s’agit d’un lien fragile qui ne se stabilise qu’en présence d’un ligand (Jackson et al, 1997). Différents ligands peuvent jouer un rôle antagoniste et recruter des co-répresseurs, ce sont par exemple les antagonistes partiels d’ERα tels que le Raloxifène et le Tamoxifène ou les antagonistes purs tel que l’ICI (Shang et al, 2000). Il a aussi été montré récemment que pour certains gènes, E2 pouvait aussi avoir un effet antagoniste et pouvait être à l’origine du recrutement de co-répresseurs par l’ER (Merrell et al, 2011). Deuxièmement, les études biochimiques et structurelles ont montré que les co- répresseurs se lient difficilement au site AF-2 car ils sont en compétition pour ce site avec l'hélice α12 qui possède comme eux un motif CoRNR (Heldring et al, 2007 a) qui ferme le site AF-2 empêchant ainsi la liaison des co-répresseurs au niveau de ce domaine (figure 25). L’étude de Varlakhanova et al, 2010 est venue conforter le fait que les co-répresseurs ne lieraient pas le domaine AF-2 d’ER. Dans son étude elle montre que les domaines CoRNR de SMRT interagissent directement et fortement non pas avec le domaine AF-2 mais avec le domaine C d’ER. Dans cette étude il est également montré que l’interaction entre SMRT et le domaine C d’ER est modulée par la reconnaissance des sites de liaison d’ERα sur l'ADN. Enfin elle montre que la liaison de SMRT avec le domaine C, autrement dit DBD, n'empêche pas, du moins dans certains contextes, la liaison d'ERα à l'ADN. Récemment un nouveau co- répresseur CDK2-associated cullin (CAC1), a été décrit, qui lui aussi lie le DBD d'ERα. Ce nouveau co-répresseur réprime le récepteur en absence ou en présence d'E2 et son domaine
CoRNR est déterminant pour sa liaison avec ERα (Kim et al, 2013). Hakai est encore un autre
co-répresseur qui se lie au DBD d'ERα (Gong et al, 2010). Par contre, il a été montré que le receptor interacting protein of 140 kDa (RIP140) qui selon le contexte cellulaire peut avoir une fonction de co-répresseurs se lie au domaine AF-2 d’ER (Windahl et al, 1999 ; Hall et al,
2005). RIP140 ne possédant pas de domaine LXXI/HIXXXI/L mais un domaine LXXLL cela explique très bien pourquoi il peut, au contraire des autres co-répresseurs, lier AF-2.
D’après Brzozowski et al, 1997
Figure 25. Le motif CoRNR de L'hélice α12 ferme le site AF-2 en présence d'antagonistes.A gauche : schéma du LBD d’ER liant un ligand agoniste : l’E2, l’hélice α12 forme avec les hélices α3 et α5 une poche hydrophobe pouvant accueillir le domaine LXXLL d’un co-activateur. A droite : schéma du LBD d’ER liant un ligand antagoniste : le Raloxifène, l’hélice α 12 ferme la poche hydrophobe ne permettant pas aux co-répresseurs de venir se lier.
H1-H12 : hélice alpha du LBD du ER ; AF-2 : fonction d’activation-2 ; S1 etS2 : feuillets béta du