Les Rho GTPases, cytosquelettes et fonctions

associées

a) les Rho GTPases et le cytosquelette d’actine

La fonction la mieux caractérisée des protéines Rho est leur action sur la régulation du cytosquelette d’actine. De nombreuses études ont montré que les protéines de la sous-famille Rho (les protéines RhoA, B et C) régulent l’assemblage des filaments contractiles myosine-actine qui contriburait à la contractilité et à la formation des fibres de stress et des points focaux d’adhésion. L’activation de RhoA par l’acide lysophosphatidique entraîne la

Figure 12: Résumé des activités cellulaires qui impliquent les protéines Rho, Rac et Cdc42

Ces activités sont rattachées à des voies biologiques qui sont induites par les Rho GTPases activées indiquées et/ou qui sont inhibées par les constructions correspondantes aux dominants négatifs de ces Rho. SRF et NFkB sont 2 facteurs de transcription ; JNK et p38 appartiennent aux voies des MAP kinases ; le complexe NADPH oxydase est présent uniquement dans les cellules phagocytiques.

formation de fibres de stress d’actine et de points focaux d’adhésion responsable respectivement de la forme de la cellule et de son ancrage à la matrice extracellulaire. Elles recrutent et activent les ROCKs (kinases liées aux Rho), qui sont responsables de la phosphorylation de protéines du cytosquelette. Les ROCKs phosphorylent les protéines MLC (Myosin Light Chain) et la phosphatase de MLC pour l’inhiber ; ce qui résulte en la contraction des fibres d’actine de stress pour générer des forces contractiles. Les Rho-kinases semblent médier les signaux induits par les protéines Rho et induire la formation des fibres de stress et des points focaux d’adhésion (Kimura, Ito et al. 1996; Amano, Chihara et al. 1997).

L’implication des protéines Rho sur l’organisation du cytosquelette d’actine a été étudiée grâce à la transfection de chacune des protéines RhoGTPases activées dans des cellules endothéliales d’aorte de porc (Aspenstrom, Fransson et al. 2004). La transfection des protéines Rho(A-C) induit l’assemblage des fibres de stress alors que celle des protéines Rnd(1-3) entraîne la suppression de ces fibres de stress (confirmation de travaux sur Rnd3/RhoE (Guasch, Scambler et al. 1998)). Les protéines Rac (Rac1, 2 et 3 et RhoG), Cdc42 et TCL régulent la polymérisation de l’actine pour former des zones d’extension cellulaire, les lamellipodes. Par contre la transfection de TC10 ou Chp induit la formation de structures similaires à des points focaux d’adhésion et celle de Wrch entraîne la formation de longs et fins prolongements de membranes appelés filopodes. Ces filopodes sont aussi induits suite à l’activation de Cdc42 par la bradykinine (Hall 1998). La formation de filopodes très longs et flexibles est provoquée par la transfection de RhoD ou Rif. Enfin, la transfection des protéines RhoH, RhoBTB1 et 2 n’entraîne pas d’effets majeurs sur l’organisation des filaments d’actine.

Rho, Rac et Cdc42 participent aussi à la migration cellulaire ainsi qu’à la dynamique de formation des jonctions cellulaires (Ridley 2001). Dans les mécanismes impliqués dans les contacts cellules-cellules, il a été mis en évidence récemment que Rac1 aurait plutôt un rôle dans l’initiation du contact et que l’activité de RhoA permettrait ensuite d’étendre et terminer le contact (Yamada and Nelson 2007). RhoA participerait à la migration cellulaire en assurant notamment la déstabilisation des points d’adhésion à la matrice et en permettant la contraction des fibres d’acto-myosine pour rétracter le cytoplasme à l’arrière de la cellule (Raftopoulou and Hall 2004). Cdc42 serait principalement impliqué

dans l’établissement de la polarité et Rac jouerait le rôle moteur de polymérisation de l’actine à l’avant des cellules, produisant une véritable force d’expansion cellulaire responsable de la migration (Etienne-Manneville and Hall 2002).

b) Les Rho GTPases et les microtubules

De la même façon que les filaments d’actine, le réseau de microtubules présente une polarité intrinsèque avec une partie ancrée dans le centrosome et une dynamique d’assemblage et désassemblage permanente. L’organisation des microtubules contribue à la polarité cellulaire et à la distribution de certaines structures telles que l’appareil de Golgi et le faisceau mitotique. Les protéines Rho GTPases peuvent réguler ce réseau en différents endroits et l’effet est probablement dépendant du contexte cellulaire (Jaffe and Hall 2005).

c) Les Rho GTPases et le trafic cellulaire

Les Rho GTPases ont aussi été impliquées dans le trafic membranaire et intracellulaire. Elles participent à l’endocytose clathrine-dépendante. RhoA et Rac y participeraient via leur activité sur la production de PIP2, conduisant à la transformation des vésicules de clathrine en endosomes précoces. Cdc42 interviendrait au moment de la formation des vésicules de clathrine (Qualmann and Mellor 2003). RhoA pourrait inhiber l’internalisation des récepteurs en les séquestrant au niveau des cavéoles et loin des puits de clathrine (Ellis and Mellor 2000).

Plusieurs GTPases Rho sont localisées au niveau de certains compartiments vésiculaires, suggérant qu’elles puissent agir sur certaines étapes du trafic endocytaire. Par exemple, RhoD est impliquée dans le mouvement des endosomes précoces via la polymérisation de l’actine, la réorganisation des microtubules et l’activation de Dia2 (Gasman, Chasserot-Golaz et al. 2003). Cette protéine régule la vitesse du trafic des vésicules le long du cytosquelette, mais n’agit pas dans la fusion des endosomes précoces. Et RhoB est impliqué dans la régulation du trafic endosomes tardifs/lysosomes ralentissant la dégradation du récepteur à l’EGF (Gampel, Parker et al. 1999). Cette protéine RhoB par l’intermédiaire de Dia1, régule le transport des endosomes en

intervenant sur la régulation de l’actine (Fernandez-Borja, Janssen et al. 2005). RhoG par son interaction avec la kinectin faciliterait le transport médié par la kinesin, des vésicules le long des microtubules. L’activité de la protéine Rho GTPase TCL serait, quant à elle, impliquée dans le contrôle de la voie du transfert des récepteurs endocytés de manière clathrine-dépendante vers les endosomes précoces et de recyclage (de Toledo, Senic-Matuglia et al. 2003). D’autre part, il a été montré que l’activation de TC10 est essentielle pour la capture de glucose stimulée par l’insuline et la translocation de GLUT4 (transporteur de glucose) (Chiang, Baumann et al. 2001).

Les protéines Rho sont aussi probablement impliquées dans d’autres aspects du trafic intracellulaire comme la sécrétion (Ellis and Mellor 2000).