Les voies de signalisation Smad-indépendantes

La signalisation des membres de la famille du TGF-β est supportée par une multitude de signaux intracellulaires en plus de la voie Smad. Ces voies non canoniques, Smad- indépendantes, sont activées directement par les récepteurs liant un ligand et modulent les réponses cellulaires. Ces voies incluent les voies des MAPKs, des protéines GTPases, ou encore la voie PI3K/Akt.

Les voies des MAP kinases

La voie des MAPKs est une cascade de trois protéines kinases partant d'une MAP kinase kinase kinase (ou MAPKKK ou MAP3K), qui active une MAP kinase kinase (MAPKK), activant à son tour une MAP kinase (MAPK). Ces protéines kinases interviennent dans de nombreux processus biologiques et sont activées par de multiples stimuli. Il existe

Figure 43 : Activation des voies Smad-indépendantes par TGF-β – 1ère partie Activation des MAP kinases par le TGF-β.

A : Activation de la voie Erk par TGF-β. TGF-β peut induire la phosphorylation de Shc par ALK5 sur des résidus tyrosines. Shc phosphorylée recrute alors Grb2/Sos et active la voie Erk par l'intermédiaire de Ras, Raf et de la cascade de MAP kinases qui s'en suit. Erk peut inhiber la voie Smad en phosphorylant la "région lien" des R-Smads, et peut réguler l'expression de gènes impliqués dans l'EMT par l'intermédiaire de facteurs de transcription en aval de Erk. B : Activation de la voie JNK/p38 par TGF-β. ALK5 interagit avec TRAF-6 qui subit alors une Lys-63 ubiquitinylation. TRAF-6 ainsi activée recrute TAK1, ainsi que TAB1 et 2 (TAK1 Binding protein). Ce complexe active alors les voies JNK et p38. Ces voies régulent l'apoptose et l'EMT. JNK peut aussi réguler la voie Smad en phosphorylant les R-Smads. D'après (Zhang Y. E. 2009).

A

B

Cytoplasme Cytoplasme Noyau Noyau Apoptos e Co-facteur Co-facteur Co-facteur Co-facteur

La première preuve d'une activation de la voie MAPK par TGF-β a été l'observation de l'activation rapide de Ras dans des cellules épithéliales du rat (Mulder K. M. 1992) (Yan Z. 1994). Ras est une petite protéine G membranaire qui active Raf, une autre protéine G cytoplasmique activatrice des MAP3Ks (figure 43A). L'activation de Erk par TGF-β fut alors confirmée dans plusieurs types de cellule (Hartsough M. T. 1995) (Frey R. S. 1997b) (Mucsi I. 1996). L'activation de Ras ne se fait pas directement par ALK5 mais par l'intermédiaire d'un complexe ShcA/Grb2/Sos. ShcA est directement activée par ALK5 par phosphorylation sur des résidus sérine et tyrosine (bien que ALK5 soit principalement une sérine/thréonine kinase) (Lee M. K. 2007). Cette voie Erk est impliquée dans la transition épithélial-mésenchymateuse (EMT) induite par TGF-β (Thiery J. P. 2003) (Lee J. M. 2006). Notons enfin que Erk peut phosphoryler les Smads sur la région "linker", inhibant ainsi leur activité transcriptionnelle (figure 42) (Kretzschmar M. 1999).

TGF-β peut aussi activer les voies JNK (Frey R. S. 1997a) (Engel M. E. 1999) (Hocevar B. A. 1999) et p38 (Hanafusa H. 1999) (Sano Y. 1999) (Bhowmick N. A. 2001b) (Yu L. 2002) via la MAP3K TAK-1 (TGF-β-Activated Kinase 1) (Yamaguchi K. 1995). ALK5 active TAK-1 via TRAF-6 (TNF Receptor Associated Factors-6) (figure 43B) (Sorrentino A. 2008) (Yamashita M. 2008). TRAF6 est une E3 ubiquitine ligase capable de lier ALK5 et ALK6 (Sorrentino A. 2008). Lorsque TGF-β ou des BMPs lient ALK5 ou ALK6, la formation du complexe de récepteurs permet la dimérisation de TRAF6 qui s'ubiquitinyle alors, ce qui l'active (Sorrentino A. 2008) (Yamashita M. 2008). TRAF6 activée ubiquitinyle à son tour TAK1 (Sorrentino A. 2008) (Yamashita M. 2008). L'ubiquitinylation de TRAF6 et TAK1 est une Lys-63 ubiquitinylation (Sorrentino A. 2008) (Yamashita M. 2008) qui n'induit pas la dégradation de la protéine, contrairement à une Lys-48 ubiquitinylation, mais intervient dans l'interaction des protéines (Haglund K. 2005). TAK1 ubiquitinylée devient active et s'autophosphoryle puis phosphoryle MKK4 et MKK3/6 activateurs respectivement de JNK et p38 (figure 43B) (Zhang Y. E. 2009). La nécessité de l'activité kinase d'ALK5 pour l'activation de TRAF6/TAK1 n'est pas clairement définie, puisque deux travaux de 2008 aboutissent à deux résultats opposés, l'un mettant en avant la nécessité de l'activité kinase d'ALK5 pour l'activation de TRAF6 (Yamashita M. 2008), l'autre concluant à son inutilité (Sorrentino A. 2008). Les deux équipes ayant réalisé des expériences très similaires dans les mêmes cellules (HEK293), il est très difficile de les départager. Les voies JNK et p38 sont aussi impliquées dans l'EMT induite par TGF-β (Yamashita M. 2008).

Figure 44 : Activation des voies Smad-indépendantes par TGF-β – 2ème partie.

A : Activation des voies des petites protéines G par le TGF-β. ALK5 peut activer RhoA de manière dépendante et indépendante des Smads. RhoA induit les fibres de stress d'actine pendant l'EMT. TGF-β peut dissoudre les jonctions serrées en recrutant Cdc42 au niveau des complexes de récepteurs et en induisant la dégradation de RhoA via Par6/Smurf1.

B : Activation de la voie PI3K/Akt par TGF-β. L'activation de la PI3K par ALK5 active la cascade Akt/mTOR/S6K. Cette voie est impliquée dans l'EMT. A noter que TGF-β peut inhiber S6K via PP2A mais que S6K peut inhiber la voie Smad3 en séquestrant Smad3 dans le cytoplasme et en inhibant FoxO, facteur de transcription qui interagit avec la voie Smad.

A

B

Cytoplasme Noyau Cytoplasme Noyau Polymérisation de l’actine Fibres de stress Jonctions sérrées Adhésion cellulaire Apoptose Arrêt de la croissance Synthèse protéique Co-facteur Co-facteur

Les petites protéines G de type Rho

Les protéines GTPases comme RhoA, Rac et Cdc42 jouent un rôle dans le contrôle dynamique du cytosquelette, la mobilité cellulaire et l'expression de gènes.

TGF-β active rapidement RhoA, ce qui induit la formation de fibres de stress et l'EMT (figure 44A) (Bhowmick N. A. 2001a) (Edlund S. 2002). Cependant, TGF-β induit aussi une régulation négative de RhoA au niveau des jonctions serrées des cellules épithéliales polarisées. Par-6, une protéine échafaudage présente dans ces cellules, interagit avec ALK5 au niveau des jonctions serrées. Lors de la stimulation par TGF-β, ALK5 phosphoryle Par-6 qui recrute alors Smurf1. Le complexe Par-6/Smurf1 ubiquitinyle RhoA (figure 44A). La dégradation de RhoA induit la dissolution des jonctions serrées, et donc l'EMT (Ozdamar B. 2005) (Gao L. 2002). TGF-β a donc un effet double sur RhoA.

TGF-β peut aussi activer Cdc42 GTPase qui agit sur les jonctions serrées par une action sur l'occludine (Barrios-Rodiles M. 2005).

Concernant la signalisation des BMPs, LIM kinase-1 (LIMK-1) est liée par BMPR2 et est activée par la voie des BMPs. Cette activation requiert Cdc42 et induit un changement dans le cytosquelette (Foletta V. C. 2003) (Lee-Hoeflich S. T. 2004).

La voie PI3K/Akt

La PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-phosphate Kinase) est capable de phosphoryler le PIP2 (Phosphatidyl Inositol biPhosphate) en PIP3. PDK-1 (Phosphoinositide Dependent Kinase-1), qui lie PIP3, peut alors phosphoryler Akt (qui lie aussi PIP3), qui devient alors active.

TGF-β induit une rapide phosphorylation d'Akt, indépendante de Smad2/3 (figure 44B) (Wilkes M. C. 2005). TβR2 lie p85, l'unité régulatrice de PI3K, qui est activée lors de la stimulation de TGF-β (Yi J. Y. 2005). Cependant, TGF-β régule négativement la voie PI3K/AKT par l'expression SMAD-dépendante de SHIP, une lipide phosphatase qui déphosphoryle le PIP3 en PIP2 (Valderrama-Carvajal H. 2002). L'induction de la voie Akt par TGF-β est donc transitoire. D'un autre côté Akt activée lie Smad3 et empêche son importation

Figure 45 : Déterminisme des voies de signalisation.

A : Les complexes de récepteurs des BMPs formés avant la liaison du ligand (PFC) sont endocytés par puits de clathrine et signalisent par la voie Smad. Les complexes de récepteurs des BMPs formés après la liaison du ligand sont dans les radeaux lipidiques et sont endocytés par cavéole et signalisent par les voies indépendantes des Smads.

B : Les récepteurs du TGF-β endocytés par puits de clathrine signalisent par la voie Smad. Les récepteurs du TGF-β endocytés par cavéoline sont destinés à être dégradés ou signalisent par la voie PI3K/Akt.

D'après (Di Guglielmo G. M. 2003).

A

B

- KCl Nystatine Cavéole Vésicule positive à la cavéoline-1 Endosome primaire Voie Smad Voie PI3K/Akt Dégradation Puits de clathrine Puits de clathrine Cavéole Vésicule positive à la cavéoline-1 Endosome primaire

Voie Smad Voies non-Smad

Smad1

Smad1

BISC PFC

TGF-β (inhibition Smad-dépendante). FoxO phosphorylée perd sa localisation nucléaire et ne peut plus induire la transcription des gènes d'arrêt du cycle cellulaire avec P-Smad2/3 (Seoane J. 2004) (Gomis R. R. 2006). Enfin, la voie mTor (Mammalian Target Of Rapamycin), qui est activée par Akt, est impliquée dans l'EMT induite par TGF-β (Lamouille S. 2007).

Dans le document ALK1 et BMP9 dans le remodelage vasculaire de la génétique humaine aux modèles murins (Page 99-105)