La protéine kinase B (Akt)

Isoformes d’Akt 2.2.1.1

La protéine Akt, aussi connue sous le nom de Protéine Kinase B (PKB), est une protéine kinase sérine/thréonine spécifique impliquée dans de multiples processus cellulaires tels que la croissance cellulaire, la survie, la prolifération et le métabolisme (Gonzalez and McGraw, 2009). Il existe trois isoformes de cette protéine : Akt1, 2 et 3 (Manning, 2010). En ce qui concerne leur expression, Akt1 semble plutôt ubiquitaire, Akt2 est majoritairement exprimée dans les tissus insulino-sensibles tels que le foie, le tissu adipeux et le muscle (il en existe très peu dans le cerveau) et Akt 3 est surtout abondante dans le cerveau (Manning, 2010 ; Xie et al., 2013).

Durant ces dix dernières années, chaque isoforme a été identifié comme ayant des rôles bien distincts les uns des autres : Akt1 serait principalement impliquée dans la croissance et la survie cellulaire (Cho et al., 2001a ; Cho et al., 2001b). En effet, Akt1 est connue pour inhiber l’apoptose via l’activation de NF-κB et la régulation de la kinase IκB, permettant ainsi à l’activation de gènes de survie cellulaire (Faissner et al., 2006).

Akt2 joue un rôle dans la régulation du métabolisme du glucose (Cho et al., 2001a ; Garofalo et al., 2003). Une diminution de l’expression d’Akt2 conduit à une IR accompagnée d’une hyperglycémie (Cho et al., 2001a). Une autre étude a également montré que contrairement à une ablation d’Akt1 et 3, l’invalidation de l’isoforme Akt2 chez des souris conduit à une hyperglycémie et à une diminution du transport du glucose (Garofalo et al., 2003) tandis qu’Akt3 serait impliquée dans le développement cérébral (Tschopp et al., 2005 ; Dummler and Hemmings, 2007). Il a été montré qu’Akt1 et 3 sont considérées comme étant cruciales pour le cerveau, en effet, des souris KO d’Akt1 et 3 présentent une diminution de la taille de leur cerveau (Chen et al., 2001 ; Cho et al., 2001b). L’implication de l’isoforme Akt3 dans le développement cérébral semble importante. En effet, des souris KO pour Akt3 montrent une diminution du nombre de cellules cérébrales, une augmentation de la dégradation des protéines ainsi qu’une diminution de leur synthèse. De plus, ces mêmes souris présentent une diminution de la voie de signalisation de mTOR (mammalian target of rapamycin) mettant en avant son rôle dans l’apoptose ainsi que dans l’inhibition de la croissance cellulaire (Easton et al., 2005).

Structure et mécanismes d’action d’Akt 2.2.1.2

Malgré leurs rôles différents, d’un point de vu structurel, tous les isoformes d’Akt sont composés d’un domaine PH capable de lier le PiP3, d’un domaine kinase et d’un domaine régulateur. Tous les isoformes d’Akt sont activés similairement en réponse à l’insuline. A l’état basal, en absence de stimulation à l’insuline, Akt se retrouve localisée dans le cytosol.

Suite à une stimulation à l’insuline, Akt est recrutée au niveau de la membrane plasmique en se liant au PiP3 (préalablement produit par la Pi3K) et sera ainsi co-localisée avec la PDK-1. L’interaction entre le domaine PH et les lipides membranaires permet un changement de conformation d’Akt, démasquant ainsi son site Thr308 et la rendant disponible pour être phosphorylée par la PDK-1 (Vanhaesebroeck and Alessi, 2000). La PDK-1 sera alors responsable de la phosphorylation d’Akt sur son résidu Thr308 (situé au niveau du domaine kinase), permettant ainsi son activation partielle et induisant sa dissociation de la membrane plasmique. Au niveau cytoplasmique, Akt sera phosphorylée sur son résidu Ser473 (situé au niveau régulateur) par le complexe mTORC2 (formé par mTOR, RICTOR (rapamycin insensitive companion of mTOR), Sin1 et GβL qui permettra ainsi son activation complète. (Hresko and Mueckler, 2005). Les mécanismes impliqués dans l’activation de mTORC2 ont été difficiles à établir, cependant, une étude très récente a permis de mettre en évidence que le PIP3 est capable de se lier à Sin1 afin d’activer mTORC2 (Liu et al., 2015). Une autre étude a permis de renforcer cette hypothèse en montrant que l’acétylation de Sin1 est importante pour l’activation de mTORC2 (Glidden et al., 2012) Des études ont permis de mettre en évidence qu’une inhibition de l’expression de mTORC2 diminue la phosphorylation de la Ser473 aussi bien dans des lignées cellulaires cancéreuses humaines que dans des lignées 3T3-L1 adipocytaires (Sarbassov et al., 2005 ; Hresko and Mueckler, 2005) (Figure 4).

Figure 4 : Phosphorylation et structure de la protéine Akt.

(A) L’insuline se fixe sur son récepteur et permet l’activation et le recrutement d’IRS, qui va à son tour recruter et activer la

PI3K. Cette PI3K va permettre de phosphoryler le PIP₂ en PIP₃ qui permettra le recrutement de la PDK1. Cette PDK1 permettra ainsi de recruter Akt à la membrane qui est normalement cytoplasmique et phosphorylera son résidu thréonine 308. Cette phosphorylation provoquera la dissociation d’Akt de PDK1. Akt sera ensuite phosphorylé sur son résidu sérine 473 par le complexe mTORC2 dans le cytoplasme. Ainsi, la protéine Akt doublement phosphorylée sera pleinement active. (B) Schéma représentatif de la structure d’Akt.

Akt = Protéine Kinase B, IRS = Insulin receptor substrate , mTORC2 = complexe formé par mTOR (mammalian target of rapamycin) et RICTOR (rapamycin insensitive companion of mTOR), PDK1 = Phosphoinositide-Dependent Kinase 1, PI3K = Phosphoinositide 3 kinase, PIP₂ = Phosphatidylinositol-4,5-biphosphate, PIP₃ = Phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate, PH = Pleckstrin homology domain.

La protéine Akt, une fois dissociée de la membrane plasmique, rejoindra ses différents substrats tels que par exemple AS160 (Akt substrat 160) qui est impliqué dans le transport du glucose, GSK3 (Glycogen synthase kinase 3) qui est impliquée dans la synthèse de glycogène et SREBP-1C (Sterol regulatory element binding protein-1C) qui est impliqué dans la lipogenèse (Copps and White, 2012).

Voies métaboliques régulées par Akt 2.2.1.3

Akt traduit l’action de l’insuline essentiellement au niveau du muscle, du tissu adipeux et du foie, dans la régulation du métabolisme des trois grandes familles de nutriments :

glucides, protéines et lipides. Au niveau de l’hypothalamus, l’action de l’insuline semble contrôler le métabolisme glucidique des organes périphériques. En effet, la surexpression d’Akt dans l’hypothalamus améliore l’effet hypoglycémiant de l’insuline chez des rats rendus diabétiques par la streptozotocine (Gelling et al., 2006).

La protéine Akt va permettre :

1) D’augmenter la capture du glucose grâce à l’inactivation de la protéine AS160 qui permettra une translocation des vésicules contenant les transporteurs du glucose vers la membrane plasmique (Cartee, 2015) ;

2) De favoriser la glycogenèse en inhibant la GSK3 (Glycogen Synthase Kinase) par phosphorylation qui est une enzyme impliquée dans la régulation de l’activité de la glycogène synthase (Bollen et al., 1998 thèse Mahfouz ; Weigl, 2012) ;

3) D’accentuer la lipogenèse et la synthèse protéique à partir d’acides aminées par l’intermédiaire du complexe mTORC1 (Shimano et al., 1999) ;

4) D’induire la néoglucogenèse en phosphorylant le facteur de transcription FOXO1 (Forkhead Box 1) qui, une fois phosphorylé sera piégé dans le cytosol et rendu inactif (Jiang et al., 2003 ; Halse et al., 2001 ; Hashiramoto and James, 2000) ; 5) De limiter la glycogénolyse en inhibant la glycogène phosphorylase (enzyme

convertissant le glycogène en glucose) (Aiston et al.,2003) ; 6) De diminuer la lipolyse.

Comme évoqué précédemment, en plus de son rôle métabolique, Akt joue un rôle primordial dans la régulation de la survie cellulaire ainsi que dans la progression du cycle cellulaire. Akt induit la survie cellulaire en phosphorylant directement des facteurs de transcription qui contrôlent l’expression de gènes pro- et anti-apoptotiques. Elle régule positivement la transcription d’un facteur de survie cellulaire : NFκB (impliqué dans la prolifération, l’apoptose et la survie cellulaire) (Orlowski and Baldwin, 2002). Akt peut également induire la survie cellulaire en phosphorylant directement des régulateurs clé de l’apoptose tels que Bad et Bcl-2 (del Peso et al., 1997). Au niveau du cycle cellulaire, une étude a montré qu’une surexpression d’Akt 2 accélère la progression du cycle cellulaire et permet la transformation en fibroblastes murins (Cheng et al., 1997). Il a également été montré qu’Akt régule négativement un gène suppresseur de tumeur p53 par l’intermédiaire de MDM2 (Mouse double minute 2 homolog), qui, dans des conditions de stress, permet l’arrêt du cycle cellulaire (Strycharz et al., 2017) (Figrue 5).

Figure 5 : Schéma récapitulatif des différents rôles de la protéine Akt.

Akt est activé en réponse à l’insuline et phosphorylé sur ses deux résidus, la thréonine 308 et la sérine 473. Lorsqu’Akt est activé, il va permettre d’induire de nombreuses réponses physiologiques. Une partie de ces réponses sont présentées ici. Akt est tout d’abord capable d’induire des fonctions métaboliques et des fonctions mitogéniques. En ce qui concerne les fonctions métaboliques, Akt peut jouer sur le métabolisme glucidique, protéique ou encore lipidique.

Pour le métabolisme des glucides, il va permettre d’inhiber la protéine AS160 ce qui engendrera une augmentation de la translocation de GluT à la membrane des cellules et permettre ainsi l’augmentation d’entrée de glucose dans ces dernières. Akt active également GSK3 et active ainsi la synthèse de glycogène. Il permet de phosphoryler Fox01 nucléaire, ce qui va provoquer sa translocation cytoplasmique et donc l’inactiver et permettra l’induction de la néoglucogenèse. Enfin, Akt permet d’inhiber la glycogène phosphorylase, enzyme catalysant la transformation du glycogène en glucose, et permet donc d’inhiber la glycogénolyse. Akt peut également exercer ses effets sur le métabolisme protéique et lipidique en activant mTOR, qui permet d’augmenter la synthèse protéique à partir d’acides aminés et la lipogenèse mais également d’inhiber la lipolyse. Au niveau des fonctions mitogéniques, Akt permet de phosphoryler MDM2 qui ira dans le noyau où il dégradera P53. Ceci permet ainsi d’activer le cycle cellulaire. Enfin, Akt peut également activer la transcription de NFκB et induire la phosphorylation de Bad/Bcl-2 pour induire la survie cellulaire.

Abréviations : Akt = Protéine Kinase B, AS160 = Akt substrat 160, Bad = Bcl-2-associated death promoter, Bcl-2 = B-cell lymphoma 2, FOX01 = Forkhead Box 1, GluT = Transporteur de glucose, GP = glycogène phosphorylase, GSK3 = Glycogen synthase kinase, MDM2 = Mouse double minute 2 homolog, mTOR = mammalian target of rapamycin, NFκB = nuclear factor- kappa B, P53 = tumor protein 53.