Mécanismes d’induction de la voie

1.2.2.1 Voie des récepteurs tyrosine kinase

La voie MAP Kinase peut être activée par la liaison de facteurs de croissance à la portion extracellulaire de son récepteur à activité tyrosine kinase (RTK) (Figure 1-4). Ce mécanisme fut le premier à être identifié menant à l’observation d’une activité MAP Kinase, notamment suite à une activation des récepteurs à l’EGF, au NGF ainsi qu’au FGF (174-176). L’activation de la voie de signalisation débute par la liaison du ligand extracellulaire à son récepteur membranaire possédant une activité tyrosine kinase, ce qui entraîne la dimérisation de celui-ci et la phosphorylation de certaines tyrosines au sein de son propre domaine intracellulaire (177, 178). Le domaine SH2 de la protéine adaptatrice Growth factor receptor bound-protein 2 (GRB2) s’ancre à ce motif phospho-tyrosine, ce qui permet par la suite le recrutement d’un facteur d’échange de nucléotides guanyliques (GEF), Son of Sevenless (SOS) (179-181). L’activité GEF de SOS est nécessaire à l’échange du GDP pour un GTP sur son substrat, la petite GTPase Ras, ce qui l’active à son tour et permet le recrutement subséquent et la dimérisation de Raf à la membrane plasmique (182, 183). L’activation de la MAPKKK Raf conduit cette dernière à phosphoryler les MAPKK MEK1/2 sur deux sérines présentes dans sa boucle d’activation, induisant un changement conformationnel permettant l’ouverture et l’activation du domaine catalytique de MEK1/2 (8, 184, 185). La cascade de phosphorylation se poursuit ensuite par la phosphorylation et l’activation de l’unique substrat de MEK1/2 bien caractérisé à ce jour, les MAP Kinases ERK1/2 (10, 15).

1.2.2.2 Voie des récepteurs couplés aux protéines G

Un autre mécanisme bien documenté d’activation de la voie est celle des récepteurs couplés aux protéines G (Figure 1-4) (186, 187). Similairement à l’activation par les RTK, la liaison d’un ligand extracellulaire à son récepteur à sept domaines transmembranaires couplé aux protéines G hétérotrimériques permet l’induction d’une signalisation de la voie MAP

Kinase. En l’absence d’une stimulation, les trois sous-unités des protéines G restent liées au récepteur, et la sous-unité alpha (qui possède une activité GTPase) reste associée au GDP. Lors d’une stimulation, la portion intracellulaire du récepteur subit un changement conformationnel qui induit l’échange du GDP pour un GTP au sein de la protéine G et stimule sa dissociation du récepteur. Les composantes de la protéine G se dissocient à leur tour en sous-unités β−γ et α-GTP.

Ces deux effecteurs auront ensuite des rôles distincts dans la transmission du signal à l’intérieur de la cellule, mais plusieurs de ces mécanismes peuvent converger vers la voie MAP Kinase. D’une part, la sous-unité β-γ active la phospholipase C (PLC), qui hydrolyse le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) en diacyl glycerol (DAG) et en inositol

trisphosphate (IP3), deux importants seconds messagers intracellulaires. Le DAG peut ensuite activer la protéine kinase C (PKC), qui elle-même est capable d’activer la voie MAP Kinase par phosphorylation directe de Raf ou encore par phosphorylation de la protéine inhibitrice de Raf kinase (RKIP), ce qui induit sa dissociation de Raf (188-190). Alternativement, les sous- unités β-γ induisent aussi ultimement la phosphorylation de la protéine d’échafaudage Shp, qui se lie à Grb2 et SOS et permet la transmission du signal via un mécanisme dépendant de l’activation de Src par PI3K (191).

L’activation de la voie des récepteurs couplés aux protéines G induit aussi une activation de la voie MAP Kinase via un mécanisme dépendant des β-arrestines (Revu dans (192)). Ce mode d’activation est cependant plus lent et permet une activation de ERK1/2 maximale sur une plus longue période que celle de la voie classique des protéines G (193). De plus, certains agonistes peuvent induire l’activation spécifique de la voie des protéines G, de la voie des beta-arrestines, ou les deux selon le contexte cellulaire (194, 195).

L’activation de la voie des récepteurs couplé aux protéines G peut aussi exercer un effet inverse sur la voie MAP Kinase. Dans un mécanisme démontré par plusieurs groupes

un effet inhibiteur de l’activation du module MAP Kinase (196-199). Effectivement, la sous- unité α-GTP générée par la stimulation du récepteur active l’adénylate cyclase (AC), dont l’activité catalytique consiste en la transformation de l’ATP en AMPc. Ce second messager induit l’activation de la PKA, qui phosphoryle de nombreux effecteurs intracellulaires, dont la MAPKKK Raf. Le mécanisme se complexifie davantage à ce point, puisque selon l’isoforme de Raf phosphorylé, l’effet de l’AMPc/PKA peut inhiber ou activer la voie. Alors que les groupes de recherche en 1993 observent un effet inhibiteur lorsque PKA phosphoryle C-Raf, des études subséquentes rapportent plutôt que la phosphorylation de B-Raf stimule cette voie dans les cellules PC12 (200, 201).

1.2.2.3 Voie des intégrines

Outre la stimulation de facteurs de croissance ou d’agents mitogéniques, la voie MAP Kinase peut être activée en réponse à des signaux du milieu extracellulaire et en fonction de l’adhésion des cellules à cette matrice. Ces mécanismes dépendent en grande partie de l’induction de la voie des intégrines (Figure 1-4). Par exemple, l’activation des intégrines provoque l’activation de Src aux points focaux d’adhésion, qui phosphoryle la protéine tyrosine-kinase FAK et crée un site de liaison pour la protéine adaptatrice Grb2 via son domaine SH2 (202). Le complexe Grb2/FAK/SOS est ensuite apte à induire l’activation du reste de la voie MAP Kinase. La stimulation des intégrines peut aussi activer Fyn, qui phosphoryle la protéine adaptatrice Shc sur la tyrosine 317 et induit une activation de la voie MAPK dans un mode d’action similaire à celui qui a été décrit pour la stimulation des récepteurs aux protéines G et PI3K (203). Finalement, l’adhésion des intégrines à la fibronectine de la matrice extracellulaire induit la phosphorylation sur la sérine 298 de MEK1 par p21-activated kinase 1 (PAK1) (204, 205). Cette induction de l’activité de PAK1 peut aussi être médiée par la cascade de signalisation Rac1/Cdc42, qui se situe aux complexes d’adhésion focaux et agit en réponse à une signalisation des intégrines (206).

Figure 1-4 Résumé des principaux modes d’activation de la voie MAPK