La phosphorylation conventionnelle de STAT3 sur la tyrosine 705

STAT3 peut être activé par différentes cytokines comme IL-6, IL-10, IL-11, IL-21, IL-23, LIF et OSM (Yu et al. 2009). Parmi celles-ci, IL-6, IL-10, IL-11, LIF et OSM appartiennent aux cytokines de la famille de l’IL-6. Leurs récepteurs sont divisés en deux parties : la chaine α de 80 kD fixe le ligand et la chaine β de 130 kD (appelée gp130) permet la transduction du signal. Cette sous-unité gp130 est commune aux récepteurs des cytokines de la famille IL-6 et est associée, au niveau de sa partie intra cytoplasmique, à plusieurs kinases de la famille JAKs telles que JAK1,

JAK2 et Tyk2. A la suite de la fixation de ligands sur son récepteur, les différentes sous-unités dimérisent. Ce rapprochement entraine une série de phosphorylations de six résidus tyrosine sur le domaine cytoplasmique de gp130 par les tyrosine kinases JAKs. Parmi ces phosphorylations, une phospho-tyrosine (Y759 chez l’homme et Y757 chez la souris) est nécessaire à la fixation de la tyrosine phosphatase 2 (SHP2). Lorsque celle-ci est recrutée, elle conduit à l’activation de la voie de signalisation ERK/MAPK (Extracellular signal-regulated kinase/Mitogen activated protein kinase) via Grb2 et Gab-1/2 (Grb2 associated binder). En parallèle, quatre résidus tyrosines (Y767, -814, -905 et -915 pour l’homme et Y765, -812, -904, -914 pour la souris) de gp130 forment un motif pYXXQ (Gerhartz et al. 1996). Ces motifs sont reconnus par la protéine STAT3 et deviennent alors des points d’ancrage pour le facteur de transcription grâce à son domaine SH2. Par la suite, STAT3 est phosphorylé sur son résidu tyrosine 705 par les JAKs favorisant la formation d’un dimère et sa translocation nucléaire (Figure 11).

FIGURE 11| STAT3 est activé en réponse aux cytokines de la famille IL-6. 1) Suite à la fixation de cytokine sur son récepteur, gp130 se dimérise. 2) Ce rapprochement permet aux kinases JAKs, présentes sur la partie intracytoplasmique du récepteur, de phosphorylé gp130 sur 5 résidus tyrosines. 3) STAT3, par son domaine SH2, se lie aux tyrosines 767, 814, 905 et 915 puis est phosphorylé par JAK sur la tyrosine 705. 4) Une fois phosphorylé, STAT3 se dimérise grâce à la reconnaissance de la phospho-tyrosine 705 par le domaine SH2, 5) puis est transloqué dans le noyau. 6) En parallèle, SHP2 se fixe à la tyrosine 759 permettant d’activer une autre voie de signalisation, la voie ERK, MAPK.

STAT3 peut être activé par un grand nombre de récepteurs de facteurs croissance comme FGFR (Fibroblast Growth Factor Receptor), IGFR (Insulin-like Growth Factor Receptor), HGFR (Hepatocyte Growth Factor Receptor, connu également sous le nom de Met), PDGFR

(Platelet-Derived Growth Factor Receptor) et VEGFR (Vascular Epidermal Growth Factor Receptor). STAT3 peut également être activé par deux récepteurs de la famille EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) : EGFR1 (ErbB2 ou HER1) et ErbB2 (HER2/Neu). Leurs ligands potentiels sont l’EGF, lui même, le TGFα, l’amphiréguline ou l’HB-EGF (Heparin-binding EGF).

L’EGFR, ancré dans la membrane cytoplasmique, est préassocié avec les kinases JAK2 (Ren and Schaefer 2002) et les protéines STAT3 non activées. La fixation du ligand EGF sur son récepteur induit sa dimérisation et son autophosphorylation sur les résidus tyrosines 1101 et 845 grâce à son activité tyrosine kinase portée par les JAKs. Ces motifs phospho-tyrosine servent alors de point d’ancrage pour le recrutement des protéines contenant un domaine SH2 telles que la kinase Src, la phopholipase Cγ (PLCγ) et le phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3K). La kinase c-Src, recrutée sur la partie cytoplasmique du récepteur, phosphoryle alors STAT3 sur le résidu tyrosine 705. De nombreuses études montrent que cette kinase est nécessaire pour activer la voie de signalisation de STAT3. En effet, l’utilisation d’un dominant négatif de c-Src ou d’inhibiteur dirigé contre la kinase empêche l’activation de STAT3 en réponse aux facteurs de croissance. L’activation des protéines STAT3 repose donc sur le recrutement de la kinase sur l’EGFR (Olayioye et al. 1999).

En résumé, en réponse à un facteur de croissance, les tyrosines kinases Src et JAK phosphorylent STAT3 sur son résidu tyrosine 705. Cette phosphorylation entraine la dimérisation et la translocation nucléaire du facteur de transcription.

Le résidu phospho-tyrosine STAT3 est reconnu par le domaine SH2 de STAT3 ou de STAT1 formant ainsi un homo ou un hétérodimère. Cette dimérisation permet au complexe d’être transloqués dans le noyau. Deux éléments localisés dans le domaine coiled-coil (Arg 214/215) et dans le domaine de liaison à l’ADN (Arg 414/417) sont impliqués dans la translocation nucléaire de STAT3 en réponse à un signal mitogénique. Le groupe de Cao X propose un modèle d’importation nucléaire de STAT3. Sans stimulation de mitogène, STAT3 est présent dans le cytoplasme (Ma and Cao 2006). Son motif NLS dans le domaine coiled-coil est masqué par l'interaction intramoléculaire entre les domaines coiled-coil et C-terminal. En réponse à un ligand, STAT3 est phosphorylé sur son résidu tyrosine 705 puis se dimérise. Ce changement de conformation ouvre le complexe et permet au motif NLS (Arg 214/215) du domaine coiled-coil de se lier avec l’importine α5. L’importine β interagit avec l’importine α5 pour transloquer le complexe dans le noyau. Le domaine de liaison à l’ADN comprenant les résidus Arg414/417, quant à lui, n’interagit pas directement avec les importines. Cependant, ces résidus semblent être nécessaires au maintien d’une structure appropriée du dimère de STAT3, favorisant sa fixation avec l’importine α5. Une

fois dans le noyau, STAT3 se dissocie de l’importine α5 et fixe le promoteur de ses gènes cibles via son domaine de liaison à l’ADN. L’importine α5 est alors exportée vers le cytoplasme en se liant au récepteur d’export nucléaire CAS puis commence un nouveau cycle d’import nucléaire.

La régulation de l’accès des facteurs de transcription au noyau assure un moyen d’activer ou non l’expression de leurs gènes cibles. Cependant, nous le verrons par la suite, de plus en plus d’études décrivent un nouveau rôle transcriptionnel de la forme non phosphorylée de STAT3 (Yang et al. 2005; Yang et al. 2007; Yang and Stark 2008; Yan et al. 2011). En parallèle, l’équipe de Reich NC. a récemment montré que l’importation nucléaire de STAT3 pouvait être indépendante de la phosphorylation du résidu tyrosine 705 mais était dépendant de l’action de l’enzyme Ran GTPase et de l’importine β1. La protéine STAT3, sous forme de dimère non phosphorylé, possède un signal de localisation nucléaire accessible aux importines lui permettant sa translocation nucléaire (Cimica et al. 2011).