LA PETITE GTPASE RHOB 1 La famille des GTPases Rho

III-1-1 Généralités

Les protéines Rho appartiennent à la superfamille des GTPases Ras. Cette superfamille est constituée de 5 sous-familles, impliquées dans différents processus cellulaires, les protéines Ras (contrôle de la prolifération et de la différenciation cellulaire), Rab (trafic vésiculaire), Arf (formation et trafic des vésicules), Ran (transport nucléaire) et les protéines Rho (Primeau and Lamarche-Vane, 2008).

Les GTPases de la famille Rho sont des protéines G monomériques de faible masse moléculaire de 20 à 40 Kd. Cette famille de protéines est constituée de 20 membres et elle est divisée en 8 sous familles : Rnd (Rnd1 à 3), Rho (RhoA, B et C), RhoF/RhoD, Rac (Rac 1 à 3 et RhoG), Cdc42/RhoJ/RhoQ, RhoU/RhoV, RhoH, RhoBTB (1 et 2). Les protéines RhoBTB3 et MIRO 1 et 2 initialement incluses n’appartiennent finalement plus à cette famille des GTPases Rho (Figure 11) (Boureux et al., 2007; Vega and Ridley, 2008).

Les protéines Rho sont très conservées au cours de l’évolution. Elles présentent environ 30% d’homologie avec les protéines Ras et de 40 à 95% d’identité entre elles (Wennerberg and Der, 2004). Elles sont constituées essentiellement d’un domaine GTPase, à l’exception des protéines RhoBTB, et de courtes extensions N et C terminales. Dans la partie N-terminale, se trouvent les domaines switch 1 et 2 qui permettent la liaison aux différents régulateurs ou aux effecteurs lorsqu’elles sont en conformation active et les domaines de liaison au GDP/GTP (Figure 12) (Bourne et al., 1990, 1991; Milburn et al., 1990). La région carboxy-terminale est dite hypervariable car cette région de 25 acides aminés concentre la majorité des différences entre les protéines Rho. Cette région se termine par une boîte CAAX, où C est une Cystéine, A un acide aminé aliphatique et X un acide aminé quelconque, qui permet certaines modifications post-traductionnelles nécessaires à l’activité des protéines Rho (Figure 13). Celles-ci incluent la prénylation irréversible sur la cystéine consistant en l’ajout d’un groupement lipidique insaturé à 15 atomes de carbones, le farnésyl, ou à 20 atomes de carbones, le géranylgéranyl. Ces groupements sont liés à la protéine, par une liaison thio-ether, par la farnésyltransférase (FTase) ou la géranylgéranyltransférase (GGTase) de type I. Le groupement isoprénique ajouté dépendra de l’acide aminé X. En effet, si ce dernier est une Sérine ou une Méthionine, un farnésyl sera alors greffé (RhoE, RhoN, RhoD…) alors que ce sera un géranygéranyl s’il s’agit d’une Leucine (RhoA, RhoC, Rac1, Cdc42…) (Moores et al., 1991; Reiss et al., 1991). Les protéines Rho subissent ensuite une protéolyse des acides aminés –AAX par la protéase Rce1 puis une carboxyméthylation sur la fonction COOH de la cystéine par l’enzyme Icmt (Adamson et al., 1992a; Walker and Olson, 2005) (Figure 13).

Il existe également d’autres modifications des protéines Rho telles que la palmitoylation, sur les cystéines situées en amont de la boite CAAX (Hancock et al., 1990; Visvikis et al., 2010), la phosphorylation (Ellerbroek et al., 2003; Kwon et al., 2000) ou l’ubiquitination (Visvikis et al., 2010; Wang et al., 2006). Toutes ces modifications sont nécessaires à la localisation des protéines Rho ainsi qu’à leur activité (Adamson et al., 1992b).

NH2 COOH Liaison aux effecteurs et régulateurs Switch1 Switch2 Sites de liaison au GDP et au GTP Région hypervariable Boite -CAAX A C B

Figure 12 : Structure et domaines des protéines Rho A : Domaines des protéines Rho et leurs fonctions (D’après Denhardt et al., 1996)

1 2 3 GTPase Rho CAAX FTase I GGTase I GTPase Rho CAAX GTPase Rho CAAX Géranylgéranyl pyrophosphate Farnésyl pyrophosphate PRENYLATION PROTEOLYSE CARBOXY- METHYLATION GTPase Rho C GTPase Rho C Rce I me GTPase Rho C GTPase Rho C me Protéines Farnésylées Protéines Géranylgéranylées

Figure 13 : Prénylation des protéines Rho

Les protéines Rho sont des interrupteurs moléculaires cyclant entre un état inactif lié au GDP (Guanosine diphosphate) et un état actif lié au GTP (Guanosine triphosphate) (Figure 14), à l’exception de certaines telles que les protéines de la famille Rnd, RhoBTB, RhoU, V ou H qui ne possèdent pas d’activité GTPasique et restent donc sous leur forme active de manière permanente. La liaison au GTP entraine un changement conformationnel des protéines permettant ainsi leur liaison avec les effecteurs (Figure 12). Elles ont un forte affinité pour les nucléotides guanidiques et une faible activité intrinsèque d’hydrolyse du GTP et d’échange du GDP/GTP, elles nécessitent donc l’intervention de régulateurs (Walker and Olson, 2005).

GTP GTP GTPase Rho Forme active Forme inactive GDP GTPase Rho P GAP GEF GDP GTPase Rho GDI

Liaison aux effecteurs

Trafic Vésiculaire

Organisation cytosquelette

Survie, Apoptose, Cycle cellulaire

Migration, invasion

Transcription

Réponse aux stress

…

Prényl

Prényl

Figure 14 : Cycle d’activation / inactivation des protéines Rho et fonctions associées

En effet, les protéines GEF (Guanine nucléotide Exchange Factor), dont la famille compte environ 80 membres, favorisent l’échange d’un GDP par un GTP activant ainsi les GTPases. Elles sont essentiellement représentées par la famille Dbl (Vav, Tiam, Trio…). Elles portent un domaine conservé DH (Dbl Homology) qui permet leur activité ainsi qu’un domaine PH (Plekstrin Homology) permettant la liaison aux lipides membranaires (Hart et al., 1994; Rossman et al., 2005). Il existe également les GEFs de la famille DOCK (Brugnera et al., 2002) et de la famille SWAP (Shinohara et al., 2002) qui ne possèdent pas le domaine DH (Rossman et al., 2005).

Les GAP (GTPases Activating Proteins) catalysent l’hydrolyse du GTP et ramènent donc les Rho dans un état inactif. Il en existe environ 70 différentes (p190RhoGAP, DLC1…) (Kandpal, 2006; Moon and Zheng, 2003; Tcherkezian and Lamarche-Vane, 2007).

Les GDI pour (GDP Dissociation Inhibitor) interagissent avec la protéine liée au GDP et séquestrent la protéine inactive dans le cytoplasme en emprisonnant le motif isoprénique, empêchant ainsi sa réactivation par les GEFs (Olofsson, 1999). Il existe 3 protéines GDI présentant une forte homologie. RhoGDI1 (α) dont l’expression est ubiquitaire (Ohga et al., 1989; Ueda et al., 1990), RhoGDI2 (β) également appelée D4-GDI ou LY-GDI est uniquement exprimée dans les cellules hématopoïetiques (Lelias et al., 1993; Scherle et al., 1993) et RhoGDI3 (γ) est exprimée préférentiellement dans le cerveau, les poumons et les

testicules (Adra et al., 1997; Zalcman et al., 1996). Les GDI sont constituées de 2 domaines distincts. Le domaine N-terminal interagissant avec le « switch 1 » des protéines Rho est responsable de l’inhibition de la dissociation du GDP. Et le domaine C-terminal qui se lie au « switch 2 » et forme une poche hydrophobe où vient se glisser le lipide isoprénique séquestrant ainsi les protéines dans le cytoplasme.