1.1 Les protéines anti-apoptotiques de la famille BCL-2
BCL-2 a été le premier inhibiteur d’apoptose identifié toutes espèces confondues. Le gène a été découvert dans les lymphomes folliculaires dans lesquels il est fusionné au promoteur de la chaine légère des immunoglobulines suite à une translocation chromosomale t(14 ;18) (58). Dans ces cellules, l’expression de BCL-2 est suffisante pour protéger les lymphocytes de la mort induite par une privation en facteur de croissance et pour induire une transformation maligne, faisant ainsi de BCL-2 le premier oncogène identifié ayant une fonction anti-apoptotique (59).
Six protéines anti-apoptotiques de la famille BCL-2 ont été décrites à ce jour : BCL-2, MCL-1, BCL-W, BCL-xL, BCL2A1 et BCL2L10. Ce sont des protéines multi-domaines possédant quatre motifs de similarités BH et un segment hydrophobe C-terminal (à l’exception de BCL2A1)
29 permettant un ancrage membranaire (56). Le motif BH4 souvent présenté comme caractéristique de ce sous-groupe n’est toutefois que très peu conservé chez les membres MCL-1, BCL2A1 et BCL2L10 (60). Il est important de noter que le repliement des hélices α2, 3, 4 et 5 de ces protéines induit la formation d’une poche hydrophobe permettant l’interaction inhibitrice avec les motifs BH3 des protéines pro-apoptotiques de la famille (Figure 10).
Figure 10 : Représentation 3D de a) MCL-1 et b) BCL2A1 avec un peptide BH3 logé dans leurs poches hydrophobes. (adaptée de (44,61))
Ainsi, en séquestrant les protéines pro-apoptotiques, ces membres anti-apoptotiques sont impliqués dans la survie et le maintien physiologique de plusieurs types cellulaires, mais des dérégulations et notamment des surexpressions sont associées à des pathologies résultant de la survie anormale de cellules.
1.2 Les protéines pro-apoptotiques de la famille BCL-2
Trois protéines pro-apoptotiques multi-domaines ont été décrites à ce jour : BAK, BAX et BOK. Cependant, ce dernier n’a été que très peu étudié et son rôle est encore mal connu (47,55,62). Quoi qu’il en soit, BAK et BAX sont les membres effecteurs indiscutables de la famille BCL-2 et ce sont eux qui exécutent la perméabilisation de la MEM, si bien que des cellules dépourvues de ces deux facteurs sont incapables d’engager la perméabilisation de la MEM (63,64). La localisation subcellulaire de ces protéines est essentielle à leur fonction : dans les cellules saines, BAX est situé dans le cytosol et BAK est localisé à la mitochondrie. En réponse à un stimulus de mort, BAX est relocalisé au niveau de la MEM et BAK est désengagé des protéines
30 anti-apoptotiques telles que BCL-xL et MCL-1 (47,65,66). Malgré de nombreuses avancées durant ces 20 dernières années, les mécanismes précis conduisant à l’activation de BAK et BAX ainsi que les mécanismes leur permettant de former des pores au niveau de la MEM sont aujourd’hui toujours débattus au sein de la communauté scientifique.
Toutefois, il semblerait que leur activation nécessite une interaction transitoire avec certains membres BH3-only induisant ainsi un changement de conformation nécessaire à la formation de dimères actifs capables de perforer la membrane (63,66,67) et de former des pores vraisemblablement protéoaqueux ou protéolipidiques (via la formation d’oligomères de dimères BAK et BAX) (47,55) (Figure 11).
Figure 11 : Modèle de formation des pores dans la MEM par BAK et BAX (47)
1.3 Les protéines pro-apoptotiques à BH3-only
Comme leur nom l’indique, les protéines BH3-only de la famille BCL-2 sont composées seulement du motif BH3 et leurs structures apparaissent comme intrinsèquement désordonnées (56). Bien que plus d’une trentaine de protéines contenant un motif BH3 aient été identifiées, seulement 8 jouent un rôle essentiel dans le processus de mort cellulaire (68). Ceci peut être expliqué par le fait que (i) la signature BH3 est assez mal définie (LXXXXA) et peut être retrouvée de façon aléatoire dans des séquences protéiques et (ii), ce motif BH3 a
31 récemment été identifié comme ayant toutes les caractéristiques d’un motif d’interaction protéine-protéine sans lien avec l’apoptose (60,68).
Cependant les 8 membres BH3-only (BAD, BID, NOXA, PUMA, HRK, BIM, BIK et BMF) sont au cœur du déclenchement de la machinerie apoptotique. Ce sont les senseurs du signal de mort responsables de l’initiation de l’apoptose (55) (Figure 12).
En réponse à différents stress cellulaires (activation d’oncogène, privation en facteur de croissance ou encore dommage à l’ADN), les protéines à BH3-only vont être activées par changement de localisation subcellulaire ou bien par activation transcriptionnelle pour lier spécifiquement les autres membres de la famille. Sur le plan mécanistique, le domaine BH3 des protéines à BH3-only interagit spécifiquement avec la poche hydrophobe présente sur les autres membres afin de transmettre le signal de mort (69,70) ( Figure 10 et Figure 12). Les membres à BH3-only sont classés en deux catégories selon leur mode d’action sur les autres membres de la famille BCL-2 et de leur effet sur la mort cellulaire (57,71) (Figure 12):
· Les membres activateurs comme BID et BIM (ainsi que PUMA et NOXA mais avec un pouvoir activateur plus faible (72,73)) qui activent directement les protéines pro-apoptotiques BAK et BAX.
· Les membres sensibilisateurs (BAD, BIK, NOXA, HRK, PUMA et BMF) qui neutralisent les protéines anti-apoptotiques (Figure 12). Ainsi, par compétition pour la poche hydrophobe de l’anti-apoptotique, les membres sensibilisateurs vont exercer leur activité pro-apoptotique via la libération des membres BH3-only activateurs d’une part, et de BAK et BAX d’autre part; favorisant ainsi la perméabilisation de la MEM (55,74).
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Figure 12 : Les membres à BH3-only sont les senseurs du signal de mort (74)
C’est la structure et la séquence primaire des membres BH3-only qui gouvernent leur affinité pour les membres anti-apoptotiques de la famille BCL-2. Ainsi, BAD a une forte affinité pour BCL-2, BCL-W et BCL-xL mais il n’interagit pas avec BCL2L10, BCL2A1 et MCL-1 (75,76) (Figure 13). De fait, l’effet apoptotique des membres sensibilisateurs dépend fortement du ratio et de la nature des autres membres de la famille BCL-2 au niveau de la MEM (57,71). Il est intéressant de noter que l’inhibition des anti-apoptotiques par les BH3-only sensibilisateurs a été très bien caractérisée structurellement et a conduit au développement de petites molécules inhibitrices mimant l’action du motif BH3 (74,75,77–79).
Figure 13 : Profil d’interaction entre les membres anti-apoptotiques et les BH3-only selon des études de co-immunoprécipitations (rouge : faible affinité, orange : affinité moyenne, vert : forte affinité) (80)
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