Présentation et structure des PI3KKs

Les PI3KKs (Phosphatidyl Inositol-3 Kinase-like Kinase) sont une famille de protéines de signalisation jouant un rôle central dans le contrôle de la croissance cellulaire, l’expression génique et la surveillance et la réparation du génome dans les cellules eucaryotes. Les cellules de mammifères expriment 6 PI3KKs, ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated), ATR (Ataxia Telangiectasia and Rad3-related), la DNA-PK (DNA-dependent protein kinase), mTOR (Mammalian Target of Rapamycin), hSMG-1 (human Suppressor of Morphogenesis in Genitalia-1 ou ATX) et enfin la protéine TRRAP (transfromation/ transcription domain associated protein). A l’exception de cette dernière, toutes ces PI3KKs sont des protéines kinases actives (Abraham, 2004). ATM et ATR sont impliquées dans l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire, en réponse à des dommages de l’ADN ou à un stress réplicatif. La fonction principale de la DNA-PK est de participer à la réparation des cassures doubles brins de l’ADN (CDBs) par la jonction d’extrémités non homologues (JENH ou Non Homologous End Joining/NHEJ). mTOR coordonne la synthèse protéique, la croissance et la prolifération cellulaire. La protéine hSMG-1 joue un rôle dans la surveillance des ARN messagers par un mécanisme appelé NMD (Non Mediated Decay). Enfin, TRRAP semble avoir sacrifié son rôle de kinase de signalisation au profit d’un rôle plus spécialisé dans l’assemblage de complexes coactivateurs de la transcription.

Les PI3KKs sont des protéines dont le poids moléculaire est élevé. En effet, il varie entre 300 kDa pour mTOR et 460 kDa pour la DNA-PK. Elles possèdent toutes un domaine catalytique présentant des homologies avec le domaine catalytique de la PI3K (Phosphatidyl Inositol-3 Kinase). Le domaine catalytique est encadré par un domaine FAT en N-terminal (de 500 acides aminés) et un domaine FATC en C-terminal (de 35 acides aminés). La partie N- terminale est quand à elle constituée de nombreuses répétitions de motifs HEAT (Huntingtin, Elongation factor 3, A subunit of protein phosphatase 2A, and TORI), allant de 40 à 54 répétitions (Figure 19).

a) Le domaine PI3KK

Ce domaine catalytique est celui qui définit l’appartenance à la famille des PI3K-like Kinase. En effet, il présente une forte homologie de séquence, en particulier au niveau du site de

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liaison à l’ATP entre les différents membres de la famille des PI3KK et des PI3K. En revanche, les PI3KKs ne possèdent pas d’activité « lipide kinase » contrairement à la PI3K. C’est pour cette raison qu’elles sont qualifiées « d’analogues de PI3K » (Hunter, 1995). Seule TRRAP ne possède aucune activité de phosphorylation malgré la présence du domaine catalytique. Les PI3KKs phosphorylent en particulier des résidus serine (Ser) ou thréonine (Thr) et 4 des 5 membres possédant une activité kinase (ATM, ATR, DNA-PK et hSMG-1) reconnaissent le motif Ser/Thr-Gln (S/T-Q) in vitro et in vivo. La cinquième kinase, mTOR, ne modifie pas préférentiellement ce motif mais un motif appelé TOS motif (TOR signaling). Schalm a montré que les séquences FDIDL (Phe-Asp-Ile-Asp-Leu) et FEMDI (Phe-Glu-met- Asp-Ile) permettaient la reconnaissance et la phosphorylation par mTOR de S6K1 et 4E-BP1 respectivement. En effet, la mutation du premier empêche la phosphorylation et l’activation de S6K1 de la même manière que lors d’un traitement à la rapamycine (Schalm and Blenis, 2002).

b) Les domaines FAT et FATC

La fonction exacte du domaine FAT est peu connue mais des expériences de mutagenèse, réalisées sur les protéines mTOR et ATR, indiquent que le domaine FATC est critique pour l’activité kinase des PI3KKs. Une des hypothèses retenue par le groupe d’Abraham est que les domaines FAT et FATC interagiraient avec la structure tridimensionnelle de l’extrémité C- terminale des protéines et permettraient ainsi la bonne conformation du domaine catalytique, permettant la liaison de l’ATP et la phosphorylation du substrat (Abraham, 2004).

c) La partie N-terminale

Le domaine N-terminal peut être supérieur à 1500 acides aminés et est composé en majorité de domaines HEAT. Ces répétitions permettent les interactions protéine-protéine et donc aux PI3KKs d’interagir avec leurs partenaires ainsi que leurs cibles. En effet, cela est illustré par le fait que la protéine Raptor, partenaire de mTOR, est impliquée dans sa régulation via la liaison aux domaines HEAT et la présentation des substrats au domaine catalytique (Hara et al., 2002). De plus, les domaines d’interaction protéine-protéine étant très éloignés du domaine catalytique en structure primaire, ce domaine N-terminal permet à la protéine d’adopter une conformation en super-hélice et ainsi de les juxtaposer en structure tertiaire (Abraham, 2004).

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d) Inhibiteurs des PI3KKs

L’inhibiteur le plus connu de la famille des PI3KK est la wortmannine. C’est un inhibiteur irréversible, non compétitif qui modifie de manière covalente une lysine du domaine catalytique, il est peu spécifique et inhibe chaque membre à plus ou moins fortes doses. Son IC50 est compris entre 80 et 250 nM in vitro (enzyme immunoprécipitée) et atteint 3 à 6 µM sur des cellules intactes. ATR semble être la plus résistante à la wortmannine avec un IC50 égal à 2 µM in vitro et supérieur à 100 µM sur cellules intactes. Le mécanisme impliqué dans cette résistance n’est pas connu puisque ATR conserve la lysine du domaine catalytique, impliquée dans la liaison à la wortmannine (Abraham, 2004; Sarkaria et al., 1998).

La caféine est aussi impliquée dans l’inhibition des PI3KKs. De part sa structure « purine- like », cet inhibiteur réversible est compétitif avec l’ATP. Il inhibe l’activité de chaque protéine membre de la famille des PI3KKs avec un IC50 compris entre 0.2 et 1 mM. La DNA-PK semble être la plus résistante à la caféine avec un IC50 à 10 mM. Cependant, cette drogue, largement utilisée pour inhiber les PI3KKs est beaucoup moins spécifique que la wortmannine. En effet, de nombreux effets délétères peuvent exister notamment à cause de l’inhibition de nombreuses autres ATPases (Abraham, 2004; Sarkaria et al., 1999).

Des inhibiteurs plus spécifiques des protéines ATM, DNA-PK et ATR sont développés et seront mentionnés dans les parties suivantes.