III- La famille des récepteurs tyrosine kinases (RTKs)
3.3 La régulation négative de la signalisation des RTKs
De multiples mécanismes antagonistes inhibant la signalisation des RTKs ont été décrits. Ceux-ci interviennent à des niveaux distincts de la cascade de signalisation; au niveau de la liaison au ligand, de l’autophosphorylation du récepteur, de la stimulation de protéines inhibitrices qui contrebalancent la signalisation intracellulaire et enfin l’endocytose du récepteur et sa dégradation. D’autre part, il existe un autre type de régulation dit rétrocontrôle négatif, qui se met en place suite à une perturbation, pour maintenir l’équilibre intracellulaire (Casci et al., 1999; Fiorini et al., 2002; Ghiglione et al., 1999; Golembo et al., 1996; Tsang and Dawid, 2004).
3.3.1 Au niveau du ligand :
Les études principales à ce niveau ont été faites chez la drosophile et ont amené à l’identification de deux protéines clés dans l’inhibition de la signalisation de DER, l’homologue de l’EGFR humain. DER est un RTK essentiel au cours du développement chez la drosophile et sa signalisation semble être inhibée par les protéines Argos et Kekkon1 (Ghiglione et al., 1999; Musacchio and Perrimon, 1996; Schweitzer et al., 1995). Les données sur les mécanismes d’inhibition de la signalisation de DER par la protéine extracellulaire Argos sont différemment argumentées. Des études montrent une interaction directe entre les deux protéines (Jin et al., 2000; Schweitzer et al., 1995; Vinos and Freeman, 2000) et une étude récente montre un mécanisme d’inhibition de la signalisation de DER par Argos, via la séquestration du ligand actif (Klein et al., 2004). Pour Kekkon 1, le mécanisme d’inhibition implique une interaction physique entre ses deux domaines extracellulaire et transmembranaire avec DER (Ghiglione et al., 1999), suggérant que Kekkon 1 inhibe la liaison du récepteur à son ligand, ainsi que son autophosphorylation.
Chez l’homme, seul l’équivalent de la protéine Kekkon 1 a été décrit, LRIG1 (Leucine-rich repeats and immunoglobulin-like domain 1). Il inhibe l’activation de l’EGFR par un autre mécanisme, en stimulant son ubiquitination et par la suite sa dégradation (Gur et al., 2004; Laederich et al., 2004).
D’ailleurs, un autre mécanisme de régulation négative des RTKs a été récemment décrit (Andl and Rustgi, 2005), impliquant une diminution de l’affinité du RTK pour son ligand via l’E- cadhérine. En interagissant avec l’EGFR, HGFR/MET et l’IGFR-1 par son domaine extracellulaire, la E-cadhérine inhibe la mobilité de ces récepteurs ainsi que leur affinité pour leurs ligands spécifiques, sans néanmoins perdre ses fonctions d’adhésion (Qian et al., 2004).
3.3.2 Au niveau du domaine kinase du récepteur :
Cette régulation passe par les protéines tyrosine phosphatases (PTPs) qui déphosphorylent spécifiquement certaines tyrosines phosphorylées présentes sur les RTKs (Kovalenko et al., 2000; Ostman et al., 2006; Persson et al., 2004) et empêchent ensuite l’activation de la signalisation en aval. Parmi celles-ci, se trouvent PTP1B, RPTPj qui régulent négativement l’activation de l’EGFR (Haj et al., 2003; Lammers et al., 1993; Suarez et al., 1999), BDP1 (PEST-type protein-tyrosine phosphatase) un nouveau régulateur de ErbB2 (Gensler et al.,
2004), SHP-1 qui est identifié comme régulateur négatif du récepteur TrkA (Marsh et al., 2003) et SAP (SLAM-associated protein) qui interagit avec les trois récepteurs des facteurs neurotrophiques, TrkA, TrkB et TrkC (Lo et al., 2005). Récemment, Mig6, connu aussi sous le nom de RALT ou Gene 33, a été identifié comme un facteur exerçant un rétrocontrôle inhibiteur de différents RTKs, comme l’EGFR, le HRG- et le HGF/MET (Fiorentino et al., 2000; Fiorini et al., 2002; Hackel et al., 2001; Pante et al., 2005; Xu et al., 2005).
D’autres types de régulateurs négatifs peuvent inhiber l’activation des RTKs comme la protéine Herstatin, dérivée d’un épissage alternatif du gène ErbB2 et contenant un domaine extracellulaire tronqué. En dérégulant la dimérisation d’ErbB2, elle réduit sa phosphorylation (Doherty et al., 1999). Herstatin peut aussi réguler négativement les combinaisons d’interactions entre les différents RTKs qui confèrent des signaux de croissance synergétiques. Elle inhibe la transactivation de HER3 par HER2 et lie l’EGFR en bloquant son activation par l’EGF.
3.3.3 Les protéines inhibitrices de la cascade de signalisation :
Il s’agit des protéines physiologiques inhibitrices Sprouty (Spry), Sef et PTEN, qui semblent inhiber sélectivement les deux voies majeures de la signalisation des RTKs, la voie Erk/MAP kinase et la voie PI3K/Akt.
La famille des Sprouty a émergé comme une classe majeure d’antagonistes inductibles par les facteurs trophiques, capables d’inhiber spécifiquement la voie Ras-Raf-Erk1/2 (Gross et al., 2001; Yusoff et al., 2002), activée par le FGFR, le HGFR/MET, le VEGFR, le récepteur du GDNF et RET (Impagnatiello et al., 2001; Kramer et al., 1999; Reich et al., 1999; Sasaki et al., 2003). Cette activité régulatrice exercée par Sprouty subit elle-même des contrôles selon les besoins cellulaires. En effet, l’ubiquitine-ligase E3 ligase c-Cbl contrôle les fonctions antagonistes de la protéine Sprouty en induisant son ubiquitination et sa dégradation. De même c-Cbl possède une fonction inhibitrice de l’activité des RTKs qui peut être abolie suite à son interaction avec Sprouty. Ce mécanisme a été décrit lors de l’augmentation de la signalisation de l’EGFR, et ceci d’une manière dépendante du type cellulaire (Egan et al., 2002; Rubin et al., 2003; Wong et al., 2002). Ces mécanismes reflètent la complexité des interactions cellulaires et de ses régulations.
Sef (Similar expression to fgf genes), un antagoniste récemment identifié code une protéine transmembranaire, conservée chez le zebrafish, la souris et l’homme (Kovalenko et al., 2003). Son mécanisme d’action reste controversé ; des études montrent qu’elle agit comme antagoniste de la voie Ras/MAPK activée par le FGF, suite à un rétrocontrôle négatif (Furthauer et al., 2002), tandis que d’autres rapportent que sa liaison au FGFR empêche la phosphorylation de ce dernier sur les résidus tyrosines (Kovalenko et al., 2003).
PTEN/MMAC1/TEP1 est un antagoniste de la PI3 kinase qui induit la dégradation des phosphatidyl-inositol (3,4,5) triphosphates (PI(3,4,5)P3). La dérégulation d’Akt, suite à la perte de fonction de PTEN, est impliquée dans la progression de différentes tumeurs (Simpson and Parsons, 2001).
3.3.4 L’ubiquitination et la dégradation du récepteur induite par le ligand :
L’ubiquitination des RTKs constitue un signal important pour leur endocytose et leur dégradation dans les lysosomes ou les protéasomes. C’est une modification post- translationnelle au cours de laquelle les protéines ubiquitines se lient de façon covalente à la protéine RTK cible. Dans la cascade enzymatique interviennent une enzyme d’activation (E1), une enzyme de conjugaison (E2) et une enzyme de ligation (E3). Les récepteurs poly- ubiquitinilés sont dégradés par le protéasome, alors que ceux qui sont mono- ou multi- ubiquitinylés sont internalisés et dégradés par les lysosomes (Haglund et al., 2003a; Thien and Langdon, 2001). La mono-ubiquitination de l’EGFR semble être suffisante pour son internalisation (Haglund et al., 2003b).
Les familles des protéines ubiquitine ligases impliquées dans ce processus sont celles de Cbl et Nedd (Harvey and Kumar, 1999; Thien and Langdon, 2005). Le membre le plus étudié de la famille des protéines Cbl est la protéine c-Cbl, qui interagit avec l’EGFR, le PDGFR, RET et MET conduisant à leur ubiquitination, soit directement en liant les résidus tyrosines des récepteurs, soit indirectement en s’associant à la protéine adaptatrice Grb2 (Jiang and Sorkin, 2003; Scott et al., 2005). Récemment, a été identifiée l’E3 ubiquitine ligase Nedd4-2 qui lie spécifiquement la partie c-terminale du récepteur TrkA et stimule sa dégradation régulant ainsi la survie neuronale induite par le NGF (Arevalo et al., 2006). LRIG1 peut interagir avec c-Cbl pour accélérer l’ubiquitination et la dégradation des quatre membres de la famille de l’EGFR (ErbB1, ErbB2, ErbB3 et ErbB4) (Gur et al., 2004; Laederich et al., 2004).
L’échappement à l’ensemble de ces mécanismes de régulations négatives est un événement important et fréquent de la dérégulation des RTKs dans les maladies néoplasiques. Nous citons quelques exemples ci-dessous :
La forme oncogénique du récepteur Mer (Trp-Met), constitutivement active, ne peut pas être liée à c-Cbl, et ne peut donc être ubiquitinée (Peschard and Park, 2003). De même, une mutation au niveau d’une tyrosine de la partie C-terminale de CSF-1R, qui est le site de liaison directe à c-Cbl, empêche son ubiquitination et sa dégradation (Mancini et al., 2002). Enfin, un mutant de l’EGFR dépourvu du site de liaison à c-Cbl, semble être plus mitogénique que le récepteur sauvage (Waterman et al., 2002).
Un autre mécanisme d’échappement à la régulation des RTKs est associé à un défaut d’endocytose au niveau de l’acheminement des clathrines. La molécule impliquée est Hip1, dont la fonction exacte dans l’endocytose n’est pas encore connue mais dont la surexpression induit une augmentation de prolifération et une diminution de l’expression des clathrines sur la membrane plasmique (Hyun and Ross, 2004).
Ces données suggèrent une troisième option thérapeutique pour les cancers associés à des dérégulations des RTKs, celle de l’induction de l’internalisation et de la dégradation du récepteur, complétant ainsi l’approche ciblant sa liaison au ligand (anticorps monoclonaux) ou son activité tyrosine kinase (inhibiteurs de tyrosine kinases).