Mécanismes d’activation

La formation des hétérodimères de PI3K a lieu dans le cytosol. Cette interaction est constitutive et permet à la sous-unité régulatrice d’inhiber la sous-unité catalytique, via des contacts inhibiteurs établis entre ses domaines SH2 et la sous-unité catalytique [90, 91]. Plusieurs études, dont une utilisant une technique d’échange hydrogène/deutérium associée à la spectrométrie de masse, ont montré que l’interaction inhibitrice se faisait par les domaines nSH2 et C2/iSH2 pour toutes les isoformes de PI3K de classe IA et que seules les p110 et p110 étaient inhibées également via une interaction avec le domaine cSH2 de la p85 [90, 91]. Dans le cas des PI3K de classe IB, un domaine fonctionnel d’interaction entre la sous-unité catalytique p110 et la sous-unité régulatrice p101 a été décrit mais de façon encore peu précise [83]. Ce domaine semble exister également chez p87 mais n’a été identifié que par

p110 - niSH2 p85

C

B

A

l’alignement des séquences de p101 et p87 [84]. L’activation des PI3K est essentiellement décrite au niveau de la membrane plasmique, posant la question de son mode de recrutement et d’activation à la membrane plasmique.

Le mécanisme canonique d’activation des PI3K de classe I au niveau de la membrane est le suivant (Figure 11 A) : les PI3K de la classe IA sont activées via des récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK). L’activation des RTK par leurs ligands au niveau de la membrane plasmique se traduit par une homo- ou une hétérodimérisation des récepteurs qui permet l’autophosphorylation des tyrosines présentes dans leurs parties intracellulaires. La sous-unité régulatrice p85 vient alors interagir avec ces tyrosines phosphorylées via ses domaines nSH2, ce qui permet le recrutement à la membrane de la PI3K et induirait ainsi la levée d’inhibition de la sous-unité catalytique qui exercera son activité kinase via une modification conformationnelle du dimère [91]. La PI3K de classe IB fonctionne de la même façon que les PI3K de classe IA mais son activation est médiée par des récepteurs de type Récepteurs Couplés aux Protéines G (RCPG). Les protéines G hétérotrimériques, premiers effecteurs directs communs à toutes les familles de RCPG, sont des hétérotrimères de sous-unités ,  et  (G) constitutivement associées à l’état basal. Leur activation, suite à l’activation du récepteur, résulte en la dissociation de la sous-unité  et du dimère  qui vont activer leurs effecteurs secondaires respectifs. Ce dimère G peut ainsi interagir avec les sous-unités régulatrices et catalytiques de la PI3K [92, 93] permettant leur activation [94]. Les mécanismes moléculaires induits par le recrutement à la membrane du dimère de PI3K et qui permettraient le déclenchement de l’activité catalytique de p110 ne sont pas encore connus. La composition du dimère , notamment l’isoforme de G, semble importante pour l’activité de la p110 [95].

De façon intéressante, depuis un peu plus d’une dizaine d’années, certaines études semblent indiquer que cette description du mécanisme d’action de la PI3K est quelque peu trop simplifiée. En effet, les PI3K de classe IA pourraient également être régulées par des RCPG. Dès 1997, Kurosu et collaborateurs ont montré que la p110 de la classe IA pouvait également être activée in vitro par le dimère  de la protéine G associée aux RCPG [96], ce qui a été confirmé par la suite [97, 98]. C’est également le cas pour la p110 pour laquelle la sous-unité Gserait prépondérante dans l’activation de cette isoforme. En effet, il semblerait que la protéine Gq, apparemment grâce à une interaction directe avec le dimère p110/p85 [99], soit impliquée dans la régulation de l’activité de la p110. Cependant son rôle dans l’activation ou l’inhibition de cette PI3K est plus controversé [100, 101].

Les PI3K constituent une famille de protéines dont les rôles physiologiques et l’implication dans différentes pathologies sont très étudiés et représentent des cibles pharmacologiques majeures. Pourtant, paradoxalement, nous ne possédons que très peu d’informations concernant les mécanismes moléculaires régulant leur activité. Le recrutement des dimères de PI3K du cytosol vers la membrane plasmique sous-entend l’intervention de partenaires (vésicules intracellulaires, cytosquelette d’actine ou de microtubule...) inconnus à ce jour. Une fois à la membrane et en interaction avec les tyrosines phosphorylées des RTK et probablement également avec les phospholipides de la membrane via le domaine C2 de la sous-unité catalytique, il a été proposé que la stimulation de l’activité catalytique du dimère p110p85 implique des modifications de conformation [91]. Nous ne savons pas à l’heure

actuelle si l’activation des PI3K via les RCPG ou celle des autres isoformes de PI3K de classe IA met en jeu des mécanismes similaires.

Il est connu que l’activation des PI3K peut nécessiter l’implication d’une protéine de la famille des petites GTPases Ras [102, 103]. L’activation des PI3K par Ras est un mécanisme qui peut être indépendant de l’activation des RTK ou des RCPG en amont [87, 104] et qui met en jeu une interaction directe, montrée in vitro, entre la forme de Ras active et la sous-unité catalytique des PI3K, en accord avec la présence d’un domaine RBD dans leur structure [87, 104]. Un des rôles de Ras dans l’activité des PI3K semble passer par une amélioration du recrutement de certains dimères de PI3K à la membrane qui permettrait le déclenchement de l’activité de la PI3K via des mécanismes inconnus à ce jour. Il a été montré in vitro et in cellulo que le dimère p110/p101 ne nécessite pas la présence de Ras pour être localisé à la membrane [103, 105] alors que le couple p110/p87 requiert la liaison de la petite GTPase Ras-GTP à la sous-unité p110 pour augmenter l’efficacité de recrutement de ce couple à la membrane, efficacité de recrutement corrélée à une augmentation de l’activité catalytique de la p110 [105]. Ainsi, ces travaux suggèrent un rôle spécifique de Ras en fonction de la composition des dimères de PI3K mais également en fonction de l’isoforme de la sous-unité catalytique [106, 107]. La participation de Ras dans l’activité des PI3K parait cependant spécifique de certaines voies de signalisation de la PI3K [108, 109]. En effet, concernant les PI3K de classe IA, il a été montré par exemple que dans des neurones larvaires de Drosophile leur capacité à inhiber l’excitabilité des neurones se faisait de façon Ras-dépendante tandis que leur implication dans la croissance du neurone était Ras-indépendante [108].

Jusqu’à encore récemment, l’activation et la signalisation associée aux PI3K étaient décrites comme ayant lieu en tout point de la membrane plasmique. Or, nous nous apercevons que la signalisation associée aux PI3K est extrêmement compartimentée au sein des membranes cellulaires [110-112]. Les protéines Ras [113, 114], les RTK [115, 116], les RCPG et leurs effecteurs associés [117, 118] sont également compartimentés au sein de micro- domaines membranaires de type raft lipidique. Ainsi, l’activation des PI3K semble être en réalité un processus extrêmement contrôlé dans le temps et l’espace ce qui pourrait conduire à l’induction de voies de signalisations spécifiques en fonction de la localisation des complexes récepteurs/Ras/PI3K activés par un stimulus.

Figure 11: Mécanismes d’activation des PI3K.

A) Les PI3K de classe I peuvent être activées par des récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK), des récepteurs

couplés aux protéines G (GPCR) et des petites GTPases monomériques de la famille RAS. B) Les mécanismes d’activation des PI3K de classe II sont mal connus mais pourraient concerner différents stimuli impliquant des RTK, des GPCR, des phospholipides et du calcium. C) Les PI3K de classe III, dont les mécanismes d’activation sont peu connus, s’intègrent dans différents complexes multi-protéiques impliqués dans les processus spécifiques d’autophagie et de phagocytose (D’après [80]).