Les MAPKs « atypiques »

Cette sous famille des MAPKs comprend les kinases ERK3/4/7 et NLK. Elle est la moins étudiée tant au niveau des mécanismes d’activation que de ses fonctions physiologiques.

Tableau 8: Phénotypes des souris knock-out pour JNK. (extrait de Wagner EF. et Nebreda AR., 2009)

Toutefois, elle est caractérisée par deux spécificités particulières. Tout d’abord, une glycine ou un glutamate peuvent remplacer la tyrosine au sein du site de phosphorylation (pour ERK3/4 et NLK). Surtout, elles n’ont pas de MAP2K connues et ne semblent donc pas être activées par la signalisation typique des MAPKs : MAP3K>MAP2K>MAPK (Coulombe & Meloche, 2007).

a) ERK 3, 4 et 7

ERK3/4

ERK3 fut clonée en 1991 et identifiée par hybridation avec une sonde dirigée sur ERK1. Elle partage 43% d’homologie avec ERK2 et n’a pas d’homologue ni chez le nématode ni chez la levure. Chez l’humain, ERK3 est une protéine de 720 acides aminés (100 kDa) (Turgeon et al, 2000). Par la suite, une seconde kinase humaine, très proche de ERK3 (73% d’homologie dans le domaine kinase), a été clonée en 1992, également pour sa forte similarité de séquence avec ERK1. Cette kinase de 587 acides aminés (63 kDa), originalement désignée p63^mapk, fut renommée ERK4 en accord avec la nomenclature de ˝l’Alliance for Cellular Signaling˝. Ces deux kinases sont ubiquistes (Gonzalez et al, 1992). La particularité de ces kinases ERK3/4 est située dans le motif de phosphorylation. En effet, il n’y a qu’un seul site de phosphorylation : la sérine 189 alors que la tyrosine est remplacée par une glycine (motif Ser-Glu-Gly) (Pearson et al, 2001).

Il semble que ERK3 soit localisée à la fois au niveau cytoplasmique et nucléaire. En revanche, le traitement aux agents mitotiques n’induit pas de relocalisation de cette kinase au niveau nucléaire, contrairement aux MAPKs conventionnelles. De plus cette kinase est très instable et est soumise à une dégradation rapide par le protéasome (demi-vie égale à 30-45 minutes) (Cheng et al, 1996). Il existe peu de données sur les mécanismes d’activation de ERK3. Il a été montré que cette kinase est constitutivement phosphorylée au niveau de sa boucle d’activation. La transfection d’un mutant pour le site catalytique de ERK3 est également constitutivement phosphorylé sur ce résidu suggérant l’induction de cette kinase par une MAP2K et non par autoactivation (Coulombe & Meloche, 2007).

Contrairement à ERK3, ERK4 est très stable. De plus, sa localisation est fortement cytoplasmique. Sur ces deux points précis, les propriétés de ERK4 rejoignent celles de la majorité des MAPKs.

Ces deux kinases ont une cible commune : MK5 (MAPK activated protein Kinase 5). Peu de données sont disponibles sur la fonction de cette kinase. Toutefois, le knock-down de MK5

Figure 40: Modèles d’activation de MK5 par ERK3 et ERK4. A) ERK3 est une MAPK avec une demi-vie courte suggérant une régulation de son activité en fonction de l’abondance de cette kinase au niveau cellulaire. Ainsi, ERK3 est régulée au niveau stabilité protéique notamment par une dégradation protéasome-dépendante B) Contrairement à ERK3, ERK4 est une protéine relativement stable. Toutefois, aucune donnée n’est disponible concernant la régulation de son expression, son activité ou son turn-over protéique. Ces deux kinases peuvent lier MK5 et l’activer par phosphorylation du résidu T182 (d’après Perander et al., 2008).

B) A)

provoque une forte dégradation de ERK3, suggérant un rôle de protéine chaperonne de MK5 vis-à-vis de ERK3 (Figure 40) (Perander et al, 2008).

ERK7

ERK7 fut isolée par approche PCR dans le cerveau de rat. Un seul homologue de ERK7 fut retrouvé chez l’homme. ERK7 est majoritairement exprimée à l’âge adulte au niveau des poumons et du rein. ERK7 est une kinase de 544 acides aminés possédant 51% d’homologie avec ERK1. Son site phospho-accepteur est le même que ERK1/2/5 (motif Thr-Glut-Tyr) (Abe et al, 1999; Abe et al, 2002).

ERK7 semble être constitutivement active (phosphorylée sur TEY) et montre une affinité pour nombre de substrats de MAPK. En revanche ERK7 phosphoryle la protéine MBP sur les résidus Ser126 et Thr94, sites différents de ERK2 (Erickson et al, 1990) (Klevernic et al, 2006). Le mutant de ERK7 au niveau de son site catalytique est incapable d’être phosphorylé au niveau du motif TEY, suggérant que ERK7 puisse s’autoactiver (Abe et al, 1999) (Abe et al, 2001). Des données récentes montrent qu’ERK7 est un régulateur négatif de la voie du récepteur aux estrogènes (ER). Toutefois, si cette régulation est dépendante du site catalytique de ERK7, une phosphorylation de ER par ERK7 n’a pas été démontrée (Henrich et al, 2003).

b) La Nemo Like Kinase (NLK)

La kinase NLK est l’homologue de la kinase Nemo chez la drosophile ; une sérine/thréonine kinase impliquée dans le développement oculaire chez la mouche (Brott et al, 1998; Choi & Benzer, 1994). NLK est une protéine ubiquiste de 515 acides aminés, majoritairement nucléaire. Comme ERK3/4, NLK possède un seul motif de phosphorylation (motif Thr-Gln-Glu) (Brott et al, 1998; Coulombe & Meloche, 2007).

NLK est activée par la voie Wnt-1, l’IL6, et le TGF- (Kanei-Ishii et al, 2004; Kojima et al, 2005; Ohkawara et al, 2004; Smit et al, 2004).

De nombreuses publications impliquent la MAP3K : TAK1 et sa sous-unité régulatrice dans l’activation de NLK. Egalement, les travaux de Kanei-Ishii et al. proposent que la kinase HIPK2, une cible connue de TAK1, puisse phosphoryler NLK et ainsi jouer le rôle MAP2K spécifique de NLK (Kanei-Ishii et al, 2004). Toutefois, trois observations empêchent de conclure sur cette fonction de HIPK2: i) l’interaction directe entre NLK et HIPK2 n’est pas clairement établie, ii) le site de phosphorylation supposé de NLK par HIPK2 n’est pas défini, iii) si TAK1 peut bien phosphoryler HIPK2 in vitro, en revanche cette phosphorylation n’est

59 pas associée à une augmentation de l’activité kinase de HIPK2 sur NLK (Coulombe & Meloche, 2007) (Ishitani et al, 1999). De ce fait, les mécanismes d’activation de NLK restent encore méconnus.

Les premiers substrats de NLK identifiés furent des membres de la famille des TCF/LEF, facteurs terminaux de la voie WNT, comme LEF1 et TCF4 (Hurlstone & Clevers, 2002; Ishitani et al, 2003). Les animaux KO pour NLK meurent à la dernière semaine de gestation à cause d’un défaut de croissance, et de problèmes neurologiques. Ces souris présentent aussi une lymphopénie, et une différentiation anormale des cellules stromales de la moelle osseuse (Kortenjann et al, 2001).