Les protéines 4E-BPs

Chez les mammifères, la famille des protéines 4E-BPs est constituée de 3 protéines, 4E- BP1, 4E-BP2 et 4E-BP3. Elles sont codées par des gènes différents et présentent un haut degré d’homologie (Fonseca et al., 2014; Pause et al., 1994; Poulin et al., 1998).

La mieux caractérisée est 4EBP1, elle est la plus abondante dans les tissus impliqués dans l'homéostasie du glucose et des lipides, y compris le tissu adipeux, le pancréas, le muscle et le foie (Tsukiyama-Kohara et al., 2001). Le gène 4e-bp1 localisé sur le chromosome humain 8p12, comprend trois exons et code pour une polyprotéine de 118 acides aminés qui est identique à 56% à 4E-BP2 (Pause et al., 1994). La protéine PHAS-I retrouvée phosphorylée en réponse aux facteurs de croissance et aux esters de phorbol chez le rat, est identique à 93% à son homologue humain, 4E-BP1 (Pause et al., 1994). Tandis que 4E-BP2, exprimée de façon ubiquitaire (Tsukiyama-Kohara et al., 1996) est plus abondante dans le cerveau et les lymphocytes (So et al., 2016). Contrairement à 4E-BP1 et 4E-BP2, 4E-BP3 est plus faiblement exprimée dans la plupart des tissus (So et al., 2016; Tsukumo et al., 2016a; Tsukumo et al., 2016b). La protéine de 100 acides aminés partage 57% et 59% d'identité avec 4E-BP1 et 4E- BP2, respectivement. Le gène 4e-bp3 contient 3 exons, s’étend sur 1,9 kb et est localisé sur le chromosome 5q31.3 (Poulin et al., 2003).

Les protéines 4E-BPs sont de faibles poids moléculaire, environ 20 kDa. Leur principale fonction est d’inhiber l’initiation de la traduction coiffe-dépendante par leur liaison à eIF4E, inactivant ainsi son rôle d’initiateur de la traduction (Showkat et al., 2014; Sonenberg & Hinnebusch, 2009). Elles sont souvent décrites comme étant les principaux répresseurs traductionnels. Bien qu’elles exercent les mêmes fonctions, elles présentent des caractéristiques différentes dans leur structure.

3.1.1 Structure des 4E-BPs

La structure des 4E-BPs contient trois domaines nécessaires pour leur interaction protéique (Figure 1.19). 4E-BPs se lient à eIF4E par un motif d’acides aminés qui est conservé entre les trois protéines et identifié (YxxxxLΦ). Deux autres motifs régulateurs retrouvés chez 4E-BP1/2, à l’extrémité N-terminale, un motif RAIP (Arg13, Ala14, Ile15 et Pro16) et à l’extrémité C-terminale un motif « TOR signaling » (TOS). Le motif TOS est présent sur PRAS40 et dans la

structure de d’autres substrats de mTOR comme S6K1 (Wang et al., 2009). Le motif TOS est requis pour l’intreraction des 4E-BPs avec Raptor. Le motif RAIP est impliqué dans la phosphorylation des résidus situés en N-et C-terminal (Musa et al., 2016; Showkat et al., 2014).

Figure 1.19 Structure et sites de phosphorylation de 4E-BP1.

4E-BP1 contient trois motifs : le site de liaison à eIF4E (YxxxxLΦ), en N-terminal le motif RAIP, en C- terminal le motif TOS. La phosphorylation de 4E-BP1 dépend de mTORC1 qui initie de façon hiérarchique T37 et T46 suivi de T70, S65 (Musa et al., 2016).

3.1.2 Principaux mécanismes de régulation de l’expression des 4E-BPs

La transcription

Un mécanisme de régulation de l’expression de 4E-BP1 est sa transcription. La surexpression de 4E-BP1 dans plusieurs cancers est considérée comme un mauvais pronostic (Karlsson et al., 2013). Plusieurs facteurs de transcription régulent positivement 4E-BP1. C’est le cas de ATF4 qui en réponse au stress cellulaire active la transcription de 4E-BP1 (Yamaguchi et al., 2008), également, Smad4 agit en réponse au TGFβ (Azar et al., 2009). Cependant, l’acitivité des kinases PI3K et MAPK régulent négativement la transcription de 4E-BP1 via le facteur de transcription Erg-1 (Rolli-Derkinderen et al., 2003).

De plus, dans les cellules cancéreuses humaines, la transcription de 4E-BP3 est fortement induite ainsi que le niveau protéique après une inhibition prolongée de mTORC1 (Tsukumo et al., 2016a). Contrairement aux protéines 4E-BP1/2 qui sont diminuées ou dégradées lors des traitements inhibiteurs de mTOR, 4E-BP3 est exprimée à de faibles niveaux dans les cellules mais fortement augmenté après l’inhibition de mTORC1 (Alain et al., 2012b; Tsukumo et al., 2016a). Une étude a montré que l’induction de 4E-BP3 est médiée par le facteur de transcription « Microphthalmia-associated transcription factor (TFE3) » qui est activé lors de

fonction régulatrice pour un contrôle traductionnel rigoureux d’un ensemble d’ARNm lors d’une inhibition prolongée de mTORC1 (Tsukumo et al., 2016b).

La phosphorylation

Les principaux sites de phosphorylation des 4E-BPs ont été identifiés dans la protéine 4E- BP1. Ils sont au nombre de sept : T37, T46, S65, T70, S83, S101, S112 chez l’humain et cinq T37, T46, S65, T70, S83 chez les rongeurs, ces derniers étant conservés entre les espèces (Martineau et al., 2013). Cependant la capacité de 4E-BP1 à lier et inhiber eIF4E est régulée par la phosphorylation de quatre résidus : T37, T46, S65, T70. Ces rédidus sont phosphorylés de façon hiérarchique, T37 et T46 suivis de T70 (Gingras et al., 2001a). S101 est nécessaire pour la phosphorylation de S65 et S112 affecte la liaison à eIF4E sans interagir avec la phosphorylation des autres sites. S83 ne semble pas affecter l’initiation de la traduction (Martineau et al., 2013). Les fonctions et la régulation de ces sites restent encore à explorer (Martineau et al., 2013).

Des études ont montré que d’autres kinases phosphorylent 4E-BP1 de façon dépendante ou indépendante de mTOR (She et al., 2010; Sikalidis et al., 2013). Parmi ces kinases, GSK3β a été décrit pour phosphoryler les résidus T37, T46 et diminue l’association de 4E-BP1 à eIF4E. GSK3β phosphorylerait également les sites S65, T70 dans certaines cellules cancéreuses (Shin et al., 2014). La MAPK p38 augmente la phosphorylation de 4E-BP1 lors de plusieurs stress cellulaire : infection virale, choc osmotique, radiation ultra-violet (UV) et dans l’apoptose induite par l’association TNFα/cycloheximide (CHX) (Janzen et al., 2011; Walsh & Mohr, 2004). ERK phosphoryle 4E-BP1 sur la S65 et bloque TSC2, ce qui a pour conséquence l’inhibition de l’activité de mTOR et donc le blocage de la phosphorylation de 4E-BP1 par mTOR (Braunstein et al., 2009). La résistance de la phosphorylation de 4E-BP1 à la rapamycine serait due à la kinase PIM qui via PIM2 active 4E-BP1 sur le site S65 ou régule l’activité de phosphatase spécifiques (Chen et al., 2005; Fox et al., 2003; Tamburini et al., 2009). cdc2/«cyclin-dependent kinase » (CDK1) peut phosphoryler 4E-BP1 sur le site T70 dans les cellules HeLa (Heesom et al., 2001). « Leucin-rich repeat kinase 2 » (LRRK2) affecte 4E-BP1 sur les sites T37/T46 (Saitoh et al., 2002). Une autre kinase, la protéine «Ataxia Telangiectasia Mutated » (ATM) phosphoryle 4E-BP1 sur la S111 in vitro. De façon dépendante de ATM, le traitement à l’insuline in vivo inactive 4E-BP1 sur le S112 (Yang & Kastan, 2000). De plus, mTORC2 est une kinase qui pourrait phosphoryler 4E-BP1 (Laplante & Sabatini, 2012).

L’Ubiquitination

4E-BP lié à eIF4E est protégée de l’ubiquitination. Cependant, lorsque le niveau d’eIF4E est faible, 4E-BP non phosphorylée n’est plus protégée de l’ubiquitination par l’ubiquitine ligase E3, CUL3-KLHL25, et s’en suit la dégradation par le protéasome (Yanagiya et al., 2012). Une étude précédente a montré que la forme phosphorylée de 4E-BP est ubiquitinée (Elia et al., 2008). Ces auteurs ont observé une augmentation dans l’accumulation de 4E-BP hypophosphorylée par un inhibiteur du protéasome, MG132 et ont conclu que le traitement par MG132 cause la déphosphorylation de 4E-BP (Elia et al., 2008). Ainsi, les taux de 4E-BP sont régulés par ubiquitination.