Mécanismes d’action

a. Activité kinase-dépendante de la sous-unité catalytique

Une fois localisées à la membrane, les PI3K de classe I génèrent du phosphatidylinositol- 3,4,5-trisphosphate (PI3,4,5P3), à partir de phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PI4,5P2) en

ajoutant un groupement phosphate issu de l’ATP en position 3 du noyau inositol de ce lipide. La production de PI3,4,5P3 se produit au niveau de zones très spécifiques de la membrane

plasmique [119], des membranes endosomales suite à l’endocytose du récepteur [120] et parfois même au niveau de la membrane nucléaire [121]. Ce PI3,4,5P3 permet le recrutement à la

membrane de protéines intracellulaires possédant un domaine PH (Pleckstrin Homology Domain) (Figure 12). Ces protéines peuvent être des sérine/thréonine ou tyrosine kinases telles que PDK1 (Phosphoinositide-dependent kinase 1) ou Akt (aussi nommée Protéine kinase B), des protéines adaptatrices comme GRP1 (General receptor for phosphoinositides 1- associated scaffold protein) ou des protéines régulatrices de type GAP (GTPase-activating protein) ou GEF (Guanine nucleotide exchange factor) des petites GTPases, comme Vav2, GEF des protéines de la famille Rho/Rac. Parmi les protéines kinases activées en aval des PI3K de classe I, la sérine/thréonine kinase Akt a été l’une des premières identifiées et reste la principale associée à l’activation de la PI3K (voie de signalisation PI3K/Akt) [122]. De ce fait et parce qu’elle n’est activée que par les PI3K de classe I, le recrutement et l’activation par phosphorylation d’Akt sont considérés comme un reflet de l’activation des PI3K et sont

• Croissance • Migration • Cil primaire • Métabolisme du glucose • Survie • Angiogénèse Acides aminés Glucose Autres nutriments? • Autophagie • Phagocytose • Endocytose • Traduction • Croissance • Métabolisme du glucose • Réarrangements du cytosquelette • Survie A B C

souvent utilisés pour évaluer indirectement leur activité. La grande diversité de protéines activées directement ou via Akt par les PI3K intervient dans des processus cellulaires extrêmement variés, allant de la survie cellulaire à la synthèse protéique et au contrôle du cycle cellulaire/prolifération cellulaire, en passant par la réorganisation du cytosquelette et la régulation du métabolisme [122, 123].

Figure 12 : Protéines à domaine PH recrutées au niveau du PI3,4,5P3 et du PI3,4P2.

Les protéines à domaine PH, recrutées au niveau du PI3,4,5P3 produit par les PI3K et du PI3,4P2 issu de leur

dégradation par des 5-phosphatases, régulent la plupart des processus cellulaires (D’après [124]).

b. Activité kinase-indépendante de la sous-unité catalytique

En plus de leur activité catalytique, les PI3K possèdent une activité kinase-indépendante encore peu connue. Dans le cas de p110, l’expression homozygote de l’enzyme délétée de son activité catalytique est létale [125]. Cela suggère un rôle très mineur, si elle existe, de l’activité kinase-indépendante de p110. Concernant la p110, alors que des souris déficientes pour cette isoforme au complet présentent un défaut de contractilité cardiaque [70], Patrucco et collègues ont observé que des animaux transgéniques exprimant au niveau cardiaque une forme de p110 dont l’activité catalytique est inactivée ont une activité cardiaque contractile normale et que la réponse adaptative de ces souris à une constriction aortique transverse est semblable à celle des animaux sauvages [69]. Ainsi, la régulation de la contractilité par p110 passe par un mécanisme indépendant de son activité catalytique. Ce mécanisme ferait intervenir, au niveau cellulaire, la régulation spatiotemporelle de la signalisation liée à l’AMPc via la formation d’un complexe multi-protéiques incluant sa sous-unité régulatrice p87, la protéine PDE3B (phosphodiesterase 3B) et la protéine PKA (protein kinase A) [69, 84, 126]

Migration Phagocytose Prolifération Survie Trafic

Réorganisation Actine

Croissance Trafic

(Figure 8). L’interaction directe de PKA avec p110 permet son rapprochement de PDE3B, en interaction avec p87, qu’elle pourra activer par phosphorylation induisant ainsi la dégradation de l’AMPc par PDE3B. L’implication d’un rôle indépendant de l’activité kinase de p110 a également été suggérée dans les processus d’angiogénèse [127] et d’agrégation plaquettaire [128] grâce à l’utilisation des souris déficientes pour l’activité catalytique de p110, cependant les mécanismes moléculaires ne sont pas encore décrits. Une interaction directe entre le domaine hélicoïdal de p110 et la protéine ARK1 (AR kinase-1), régulant l’internalisation des récepteurs -adrénergiques, a également été montrée [129].

L’activité kinase-indépendante de p110 a été montrée par deux équipes en parallèle la même année, grâce à la génération d’animaux transgéniques exprimant une protéine p110 mutée dans son site catalytique [130, 131]. Alors que la délétion complète de p110 est létale, les souris porteuses d’une mutation du site catalytique de p110 survivent mais grandissent plus lentement [130]. Cette observation a été reliée à un défaut de prolifération des fibroblastes embryonnaires murins délétés pour p110 mais pas de ceux exprimant la p110 sans activité catalytique [130, 131]. De plus, l’activité kinase-indépendante de p110 semble impliquée dans l’internalisation des RTK activés, probablement via son interaction avec la protéine Rab5, petite GTPase de la famille Ras impliquée dans la formation des vésicules recouvertes de clathrines [130, 131]. De façon intéressante, il semble que l’activité catalytique de p110 ne soit pas nécessaire pour l’activation d’Akt via les récepteurs de type RTK (IGF1R, EGFR ou PDGFR) mais qu’elle le soit pour l’activation d’Akt via les RCPG [130-132].

Si la génération d’animaux transgéniques nous permet de commencer à élucider les implications physiologiques spécifiques de chacune des isoformes catalytiques de PI3K, beaucoup de chemin reste à faire pour mieux comprendre la régulation et le rôle précis de chacune dans les différents types cellulaires. Il en est de même concernant l’implication des différentes isoformes de sous-unités régulatrices associées aux sous-unités catalytiques.

c. Rôles des sous-unités régulatrices

Les isoformes de sous-unités régulatrices des PI3K de classe IA les plus étudiées sont p85, p et p50 [133]. Alors que la délétion de ces isoformes ne semble pas avoir de conséquences pendant le développement embryonnaire, les souriceaux nouveau-nés ne survivent pas longtemps. Ils présentent notamment des nécroses tissulaires, des dysfonctions de l’homéostasie glucidique et des dysfonctions immunitaires [133]. Au niveau cellulaire, il est connu que les sous-unités régulatrices inhibent, à l’état basal, l’activité de la sous-unité catalytique [90, 91]. L’isoforme p85 a également été montrée comme capable d’activer la protéine PTEN par interaction directe, régulant ainsi l’activité de la sous-unité catalytique une fois activée [134]. Il semblerait que p85 ait aussi un rôle, indépendamment de la sous-unité catalytique, dans le contrôle de l’expression des gènes [135, 136]. Les isoformes p55 et p50 ont, elles, été montrées comme inhibitrices des processus d’autophagie et d’apoptose [137, 138]. Ces travaux étudient le rôle des isoformes de sous-unités régulatrices seules. Elles ont pourtant très certainement un rôle important au sein des dimères de PI3K en fonction de leur association à p110, p110 ou p110, probablement dans la sélection/localisation des voies de signalisation activées en aval de ces dimères. Ce rôle n’a pas été décrit à l’heure actuelle.

Le rôle des sous-unités régulatrices de la PI3K de classe IB, p87 et p101, au sein des dimères formés avec p110 a été surtout étudié dans le fonctionnement du système immunitaire. En effet, si les animaux n’exprimant pas l’isoforme p101 ou l’isoforme p87 sont viables, fertiles et grandissent normalement [109, 139], les neutrophiles délétés pour p101 présentent un défaut de migration mais sont capables de produire des ROS tandis que les neutrophiles délétés pour p87 sont mobiles mais ne sont pas capables de produire des ROS via la stimulation de RCPG [109, 139]. Ces observations sont confirmées au niveau cellulaire, où il a ainsi été montré que, dans des mastocytes en culture, le dimère p110/p87 est impliqué dans la dégranulation tandis que le dimère p110p101 régule la migration [112]. Le rôle positif de p101 dans la migration cellulaire a été confirmé dans des cellules recombinantes de cancer du sein dans lesquelles son absence provoque un défaut de mobilité des cellules [140]. Au niveau cellulaire, la signalisation du dimère p110/p87 se fait principalement au niveau de la membrane plasmique dans des micro-domaines de type raft lipidique, à l’inverse du dimère p110/p101 rapidement endocyté et insensible à la déstabilisation des rafts [112]. L’activité du dimère p110/p87 semble également dépendante de la présence de la protéine Ras [105]. Ces études montrent que les isoformes de sous-unités régulatrices de classe IB participent à la régulation de processus distincts au sein des cellules. Cependant, si l’isoforme p87 semble intervenir dans le complexe p110/p87/PKA/PDE3B régulant négativement la contractilité cardiaque [69, 84, 126], le rôle de l’isoforme de sous-unité régulatrice p101 au niveau cardiaque n’est pas encore connu.