NF-ΚB, un facteur de transcription contrôlant la réponse inflammatoire

NF-κB est un facteur de transcription ubiquitaire qui joue un rôle primordial dans la réponse inflammatoire en régulant des réseaux de gènes impliqués dans la migration, la prolifération cellulaire et la survie [230, 231].

a) Les membres de la famille NF-κB

La famille NF-κB est constituée de 5 membres, appartenant à la famille Rel : RelA (ou p65), RelB, RelC, p50 (ou NF-κB1) et p52 (ou NF-κB2) (Figure 1.10). L’ensemble des protéines Rel est caractérisé par la présence d’un domaine Rel Homology Domain (RHD), suivi par un signal de translocation nucléaire (NLS) dans la région N-terminale. Ce domaine RHD d’environ 300 acides aminés est responsable des propriétés de liaison à l’ADN, de dimérisation et d’association à un inhibiteur cytoplasmique, appelé Inhibitor kappa B (IκB).

Les protéines de la famille Rel sont généralement divisées en deux groupes, en fonction de leurs caractéristiques structurales et fonctionnelles. La classe I comprend les protéines p50 et p52, synthétisées sous la forme de précurseurs, appelées respectivement p105 et p100, et sont caractérisées par une région C-terminale contenant des motifs ankyrines répétés (ANK). Suite à des clivages contrôlés qui éliminent la portion C-terminale, ces précurseurs génèrent les formes matures p50 et p52. La classe II est composée des protéines p65/RelA, RelB, cRel contenant un ou deux domaines d’activation de la transcription (également appelé domaine de transactivation TAD1 et TAD2) à leurs extrémités C-terminale. Ces cinq monomères vont s’associer pour former des homodimères ou des hétérodimères. Au total 15 combinassions de complexes NF-κB sont possibles, mais seul 13 d’entre eux ont été mis en évidence. Les hétérodimères contenant des TADs vont agir comme des activateurs alors que les homodimères p50 et p52 sont répresseurs. Le complexe le plus connu étant p65 associé à p50, ou p50:RelB [232]. La grande diversité de complexes NF-κB permet de réguler différents réseaux de gènes via la reconnaissance de séquences consensus 5′ – GGGRNWYYCC – 3′ (N –base ; R - purine ; W – adénine ou thymine ; et Y – pyrimidine), appelées κB localisées dans des éléments régulateurs comme les promoteurs ou les enhancers. Les différents complexes NF-κB peuvent reconnaitre des séquences κB dégénérées avec une affinité variable, augmentant ainsi la diversité de réponse transcriptionnelle [233].

Figure 1.10: Les membres de la famille NF-κB. D’après [234]. La famille des facteurs de transcription NF-κB est constituée de cinq membres : p50, p52, p65 (RelA), c-Rel et Rel B, qui partagent à l’extrémité N-terminale le domaine d’homologie Rel (RHD). Les protéines p65, c- Rel et RelB se distinguent par la présence d’un domaine d’activation transcriptionnel (TAD). Les protéines p105 et p100 sont synthétisées sous forme de précurseurs, caractérisées par la répétition d’un motif ankyrine à leurs extrémités C-terminale. Une protéolyse partielle qui élimine ces motifs ankyrine, aboutit à la génération des formes matures p50 et p52. RDH : domaine d’homologie Rel ; TAD : domaine de transactivation ; A : Motif ankyrine.

b) Les voies de signalisation NF-κB

L’activité des dimères NF-κB est régulée par deux voies de signalisation : une voie canonique et une voie alternative (Figure 1.11). La voie canonique concerne les dimères composés des sous-unités p65/p50, qui sont séquestrés dans le cytoplasme par IB qui masque leurs séquences NLS. En réponse à différents stimulus tels que le LPS ou les cytokines, le complexe Inhibitor of kappa B Kinase (IKK) composé de deux sous-unités catalytiques (IKKα, et IKK β) et de la sous-unité régulatrice NEMO (IKKγ) est activé. Ce dernier phosphoryle la protéine inhibitrice IB induisant ainsi son ubiquitinylation et sa dégradation par le protéasome [235]. Les dimères p65/p50 sont alors libérés de leur inhibiteur cytoplasmique et peuvent migrer au noyau où ils se lient à des séquences spécifiques B et induisent la transcription de gènes cibles [236, 237].

La voie alternative est activée par un ensemble plus restreint de récepteurs appartenant à la superfamille du récepteur au TNF et s’applique aux dimères associant RelB/p52, ou du complexe RelB/p50 [238]. Cette voie conduit à l’activation de la kinase IKKα qui va alors phosphoryler le précurseur p100 et induire une protéolyse partielle nécessaire à la formation de sa forme mature p52. RelB s’associe à p52 pour former un hétérodimère qui sera transloqué au noyau. L’induction de la voie NF-κB est finement contrôlée par un système de

la signalisation NF-κB, l’expression de la protéine inhibitrice IκBα est induite, grâce à des sites κB localisés dans sa région promotrice. Une fois synthétisée, IκBα va à son tour pénétrer dans le noyau, se fixer sur les complexes NF-κB actifs et favoriser leurs exports vers le cytosol [239]. La relocalisation de NF-κB dans le cytosol constitue un mécanisme de rétrocontrôle négatif important pour moduler la durée et l’intensité de la réponse transcriptionnelle induite par ce facteur de transcription.

Figure 1.11: Les voies de signalisation NF-κB. D’après [234]. (A) La voie canonique est activée par de multiples stimuli endogènes et exogènes et repose sur la translocation nucléaire du dimère p50/p65, après dégradation de la protéine inhibitrice IB. (B) A l’inverse, l’activation des récepteurs appartenant à la famille du TNF comme CD40, le LTβR (lymphotoxin β receptor), et BAFF-R (BAFF receptor) stimule la voie non canonique. Cette voie est dépendante de la kinase IKKα et entraine la protéolyse partielle de la protéine p100 et la formation des dimères p52/RelB. P : phosphorylation ; U : ubiquitination.

c) Les modifications post-traductionnelles de NF-κB

Les modifications post-traductionnelles constituent un autre niveau de régulation de l’activité transcriptionnelle de NF-κB. Bien que tous les membres de la famille NF-κB soient sujets à ces modifications post-traductionnelles, celles concernant la sous-unité p65 sont de loin les plus étudiées. (Figure 1.12).

Figure 1.12: La sous-unité p65 est la cible de multiples modifications post- traductionnelles. D’après [240]. La localisation des résidus modifiés est indiquée. RDH : domaine d’homologie Rel ; TAD: domaine de transactivation.

La phosphorylation et l’acétylation de p65

La phosphorylation et l’acétylation déterminent la spécificité d’association de p65 avec ses partenaires protéiques via une modification de sa conformation. De multiples kinases incluant IKKα, IKΚβ et IKKƐ peuvent phosphoryler p65 sur la Ser536, favorisant ainsi le recrutement de TFIID, un composant de la machinerie transcriptionnelle de base, au niveau du promoteur du gène codant pour l’interleukine-8 (IL-8) [241]. D’autres études rapportent que la phosphorylation de ce même site augmente son affinité pour le co-activateur p300 tout en diminuant son association avec le complexe répresseur SMRT-HDAC3 [242].

À l’inverse, la phosphorylation de p65 sur la Ser478, en conditions TNF, diminue son activité transcriptionnelle et contribue à l’atténuation de la signalisation NF-κB [243]. Plus spécifiquement, cet évènement de phosphorylation augmente l’affinité de p65 pour GCN5, une histone acétyle transférase qui joue le rôle de site d’ancrage pour des ubiquitine ligases. Au final, la phosphorylation de p65 sur la Ser478, conduit à son ubiquitination et à sa dégradation par le protéasome [243]. Tout comme la phosphorylation, l’acétylation de p65 peut avoir des effets variables sur la fonction des complexes NF-κB. Selon le résidu modifié, l’acétylation peut soit augmenter ou diminuer l’activité transcriptionnelle de p65 en affectant sa capacité à fixer l’ADN, son association avec la protéine inhibitrice IκB ou sa localisation subcellulaire [244, 245].

L’hypothèse des « codes-barres » NF-κB

La signalisation NF-κB peut être activée en réponse à de multiples stimuli qui sont intégrés par les cellules via des réseaux de signalisation cellulaire distincts. Par conséquent, selon le contexte cellulaire, les différents complexes NF-κB contrôlent des programmes d’expression géniques spécifiques. La grande diversité de ces modifications post- traductionnelles, des résidus qu’elles ciblent et des protéines effectrices révèlent un moyen très élaboré de moduler l’expression génique de façon fine et spécifique [246]. Selon l’hypothèse des codes-barres, les différentes modifications post-traductionnelles de p65, seules ou en combinaison formeraient des « codes-barres » qui dicteraient l’activité transcriptionnelle de p65 et la manière de réguler un gène ou un locus [247].