d. Régulation de l’activité des PIP5K
A. PI(4,5)P2 et PI(3,4,5)P3 dans la migration cellulaire
Les PIs peuvent être impliqués dans le processus de migration cellulaire. Ainsi, la mutation de l’INPP3, qui produit du PI(4,5)P2, pten, dans les fibroblastes de Souris, augmente la motilité des cellules tandis que la surexpression de PTEN inhibe leur motilité (Tamura et al., 1998). La mutation de l’INPP5 SHIP1 affecte également la polarité et la motilité des neutrophiles (Nishio et al., 2007). La mutation de PI3KI dans les cellules de l’amibe
Dictyostelium ou dans les neutrophiles affecte également la migration des cellules et/ou leur
réponse aux chimioattractants (Chung et al., 2001; Sasaki et al., 2000). Le rôle de ces enzymes dans la migration cellulaire est associé à la localisation polarisée de certain PIs. En effet, dans les neutrophiles au niveau du front de migration, la PI3K est activée à cet endroit, en réponse au chimioattractant ce qui induit un enrichissement du PI(3,4,5)P3 (Weiner et al., 2002) (Figure 29). Cette localisation polarisée de PI(3,4,5)P3 permet alors le recrutement de protéines liant ce PIs telles que la protéine kinase B (AKT) et des GEF des petites protéines G Rho comme RAC1 au niveau du front de migration (Côté et al., 2005; Weiner et al., 2002; Willard and Devreotes, 2006). Ces protéines participent alors à la réorganisation du réseau d’actine pour former des structures telles que les protrusions nécessaires au mouvement de la cellule (Etienne-Manneville and Hall, 2002). A l’inverse, PTEN et PI(4,5)P2 sont enrichis au niveau de la queue de migration, tout comme le réseau d’actomyosine qui permet d’induire des contractions à l’arrière pour faire avancer la cellule (Kolsch et al., 2008). Le rôle précis de PTEN et du PI(4,5)P2 dans ce domaine n’est cependant pas clairement identifié. Dans les neutrophiles, PTEN est requis pour inhiber la présence de PI(3,4,5)P3 et donc pour
Figure 30 : Représentation schématique de la localisation asymétrique des PIs PI(4,5)P2 et PI(3,4,5)P3 dans les cellules épithéliales de Mammifères
Adapté de Krahn et Wodarz, Essays In Biochemistry, 2012
Dans les cellules épithéliales de Mammifères, le PI(4,5)P2 (ronds verts) est enrichi dans le domaine apical tandis que le PI(3,4,5)P3 (triangles rouges) est enrichi au niveau du domaine baso-latéral. PAR3 est localisé au niveau des TJs où il interagit avec PTEN et les protéines du module PAR. En apical, l’Annexine 2 (ANX2) se lie au PI(4,5)P2 et recrute CDC42 puis les autres protéines du complexe PAR dans ce domaine.
43 inhiber la polymérisation du réseau d’actine particulier de l’avant du front de migration (Luo and Mondal, 2015). Dans les fibroblastes, le rôle de PTEN est corrélé à une inactivation de RAC1 et CDC42, des protéines impliquées dans la formation des protrusions à l’avant du front. Ainsi, les PIs permettent d’établir des réseaux d’actine organisés différemments pour permettre la motilité des cellules (Liliental et al., 2000).
Chez la Drosophile, il a été montré que les PIs étaient importants pour la migration du mésoderme de l’embryon. Le PI(4,5)P2, produit ici grâce à la PIP5K59B, régule positivement cette migration grâce à son interaction avec le domaine PH de la RhoGEF PBL. Le PI(3,4,5)P3, quant à lui, ne semble pas être impliqué dans ce processus. Il est de plus intéressant de noter que, dans ce modèle, le PI(4,5)P2 est cette fois ci enrichi au niveau du front de migration des cellules (Murray et al., 2012). Enfin, des résultats préliminaires obtenus au laboratoire ont montré que la mutation de la PIP5K skt induit également des défauts de migration au niveau des cellules de bordure qui perdent leur cohésion et ne migrent pas vers l’antérieur de l’ovocyte (données du laboratoire).
B. PI(4,5)P2 et PI(3,4,5)P3 dans la polarité apico-basale
Dans les cellules épithéliales, PI(4,5)P2 et PI(3,4,5)P3 peuvent également être requis pour établir et maintenir la polarité cellulaire. Cela a plus particulièrement été démontré dans les cellules rénales de chien, les MDCK. Ces cellules sont des cellules épithéliales qui, selon les conditions de culture peuvent s’organiser en épithélium monocouche (sur une matrice 2D) ou s’organiser en cyste épithélial (sur une matrice 3D). Un cyste épithélial forme un tube, constitué d’une couche sphérique de cellules épithéliales organisées autour d’une lumière ou lumen (Guo et al., 2008). Lorsque ces cellules acquièrent une polarité apico-basale, PTEN et PI(4,5)P2 s’enrichissent au niveau du domaine apical des cellules tandis que PI(3,4,5)P3 est exclu de ce domaine et s’enrichit donc au niveau du domaine baso-latéral (Gassama-Diagne et al., 2006) (Figure 30). De plus, cette ségrégation est essentielle pour l’établissement de la polarité apico-basale. En effet, lorsque PI(3,4,5)P3 est introduit de manière ectopique au niveau du domaine apical, les cellules produisent des protrusions membranaires enrichies en déterminants basaux (Gassama-Diagne et al., 2006). La présence de ces protrusions est alors diminuée en présence d’inhibiteur de PI3K qui est donc recrutée en aval pour produire plus de PI(3,4,5)P3. Inversement, l’insertion ectopique de PI(4,5)P2 dans le domaine baso-latéral est suffisante pour recruter des déterminants apicaux tels que l’Annexine2 qui recrute et active CDC42 et PAR6/aPKC ectopiquement (Martin-Belmonte et al., 2007). Ainsi, la mutation de pten ou de cdc42 induit des défauts de la formation du cyste qui présente alors plusieurs petits lumens au sein des cellules qui le compose.44 Le rôle des PIs dans la polarité des cellules épithéliales peut être observé à l’échelle d’un organisme puisque dans l’épithélium de l’embryon de Drosophile, PI(4,5)P2 est localisé au niveau du domaine apical et des AJs, tandis que le PI(3,4,5)P3 est localisé au niveau du domaine latéral (Pilot et al., 2006). Dans ces cellules, le PI(4,5)P2 et PAR3 permettent de recruter conjointement une protéine de type Synaptotagmine, Bitesize (BTSZ) au niveau des AJs. BTSZ interagit ensuite directement avec la protéine ERM, Moésine, et la recrute au niveau des AJs. La Moésine, réorganise alors l’actine, indépendamment de la E-Cadhérine, pour stabiliser les AJs. De plus, durant le développement des rhabdomères de la Drosophile, le PI(3,4,5)P3 s’accumule au niveau du domaine apical, pour activer AKT qui organise l’actine et la formation des microvillies, tandis que le PI(4,5)P2 s’enrichit à la fois au niveau du domaine apical et de la ZA (Pinal et al., 2006). La localisation spécifique de PI(4,5)P2 permet donc de contrôler la polarité de ces cellules. L’isoforme de l’INPP3 dPTEN, PTEN2, qui produit du PI(4,5)P2, se localise au niveau du domaine apical dans les cellules épithéliales ainsi que dans les neuroblastes de l’embryon, et au niveau de la ZA, dans les rhabdomères, grâce à son interaction avec PAR3 (Pinal et al., 2006; von Stein et al., 2005). La mutation de pten induit ainsi des défauts de polarité dans les rhabdomères et lors de la cellularisation de l’embryon. Dans l’embryon de Drosophile, la surexpression d’un dominant négatif de la PI3KI induit une augmentation de la taille du domaine apical des cellules épithéliales. Ce phénotype est similaire à une surexpression de CRB. La PI3KI régule, via l’activation de la Rho GTPase RAC1, l’activité de CRB en baso-latéral et en apical tandis que CRB limite l’action de la PI3KI en apical en inhibant RAC1. Une relation antagoniste entre CRB et la PI3K et RAC1 dans ces cellules est donc importante pour l’organisation de l’épithélium (Chartier et al., 2011).
Enfin, dans les cellules folliculaires de la chambre ovarienne de Drosophile, les PIs sont également requis pour établir la polarité apico-basale. Notons que les mutations de l’INPP3
pten, qui produit du PI(4,5)P2, et de la voie AKT, activée pas la PI3KI, semblent notamment
être impliqués dans la croissance de ces cellules (Cavaliere et al., 2005), ce qui peut influencer également la croissance de l’ovocyte (Vachias et al., 2014). La mutation de la Phosphatidylinositol synthase pis, qui produit le PIns, mais également de la pi4kIIIα, qui produit le PI(4)P et de pten induit également des défauts d’organisation de l’épithélium (formation de “multilayers“) (Devergne et al., 2014; Yan et al., 2011). De plus, ces mêmes mutations ainsi que la diminution de l’expression de la PIP5K sktl induisent des défauts de la localisation basale des composant de la matrice extra cellulaire (Devergne et al., 2014). Toutefois, dans cette étude, des mutants pis et pten n’induisent pas de défauts de la localisation polarisée de certaines protéines de polarité comme aPKC, DLG ou la E-Cadhérine. Cependant, ces résultats sont controversés puisque d’autres études ont montré
45 que la mutation de la pi4kIIIα ou encore de la PIP5K sktl affectait respectivement la localisation polarisée des protéines ERM phosphorylées ou de PAR3 en apical (Gervais et al., 2008; Yan et al., 2011). Dans l’article n°1, nous avons étudié plus particulièrement la localisation polarisée des PIs, PI(4,5)P2 et P(3,4,5)P3. Nous nous sommes également attachés à mieux comprendre le rôle respectif du PI(4,5)P2 et du PI(3,4,5)P3 et des différentes enzymes produisant ces PIs dans le maintien de la polarité apico-basale des cellules folliculaires et leur relation avec les protéines de polarité.