Régulation de la neuritogenèse par l’ubiquitination

La neuritogenèse est d’une importance cruciale lors de la formation d’un réseau neuronal fonctionnel, elle est notamment dépendante des protéines du cytosquelette et des protéines d’adhésion.

Les axones des neurones commissuraux, par exemple, doivent traverser la ligne médiane pour interagir avec les neurones de l’autre hémisphère. Ce guidage se fait par des mécanismes d’attraction et répulsion. Le récepteur DCC à la neutrino-1 attire les axones au niveau de la ligne médiane, tandis que les récepteurs UNC5, SLIT, ROBO et SEMA3A-PLEXA permettent de repousser l’axone. L’inhibition du système ubiquitine-protéasome conduit à l’effondrement du cône de croissance axonale induite par la netrin-1 ce qui montre que la stimulation des cônes de croissance par la netrin-1 augmente l’ubiquitination et la dégradation des protéines, notamment celle de DCC, le récepteur à la netrin-1 (Kim et al., 2005).

Il a aussi été montré que la localisation de ROBO, un récepteur participant aux mécanismes de répulsion, était notamment dépendante de NEDD4. En effet, NEDD4 se lierait et

47 ubiquitinerait Commissureless, et cette ubiquitination servirait de signal d’endocytose pour ROBO (Myat et al., 2002).

Une autre étude montre l’implication d’USP33 (ubiquitin carboxyl terminal hydrolase 33) dans la régulation de ROBO. L’expression de ROBO est diminuée en l’absence d’USP33 ce qui empêche les axones de traverser la ligne médiane. USP33 permettrait la déubiquitination de ROBO ce qui empêcherait son endocytose et sa dégradation (Yuasa-Kawada et al., 2009).

3.3.1 Neural precursor cell Expressed Developmentally Down-regulated protein 4-1 (NEDD4-1),SMAD Specific E3 Ubiquitin Protein Ligase 1 (SMURF1) et SMAD Specific E3 Ubiquitin Protein Ligase 2 (SMURF2)

Comme mentionné précédemment, la voie des RhoGTPases est importante dans la formation des axones et des dendrites. RHOA permet la rétractation des neurites en agissant sur les fibres de stress et en régulant la protéine CDC42 qui est cruciale dans le développement de l’axone (Schwamborn et Püschel, 2004). RAP1B (RAS-subfamily GTPase RAS-related protein 1B) participe, elle, à la sélection du neurite qui deviendra axone en recrutant CDC42 au niveau du neurite, tandis que RAP2 permet la rétractation des autres neurites (Bryan et al., 2005). De nombreuses études ont montré que l’ubiquitination régulait l’expression des RhoGTPases (Bryan et al., 2005; Wang et al., 2003). Les formes inactives liées au GDP de RHOA et RAP1B sont notamment polyubiquitinées respectivement par SMURF1 et SMURF2 et ensuite dégradées par le protéasome (Figure 31) (Bryan et al., 2005; Wang et al., 2003). Cette dégradation conduit à une sous-expression du niveau total de GTPase. Il a été montré que RAP2 était mono-ubiquitiné ou di-ubiquitiné sur la Lys63 par NEDD4-1 (Kawabe et al., 2010). Cette ubiquitination n’entraîne pas de dégradation mais affecte la capacité de RAP2 à interagir avec ses protéines cibles, notamment TRAF2 et TNIK qui promeuvent la rétractation des neurites. La perte de NEDD4-1 entraîne donc une diminution de la croissance des neurites, due à une augmentation de RAP2 (Kawabe et al., 2010). Par ailleurs, des expériences de morpholinos chez le xénope a montré que NEDD4-1 contrôlerait davantage l’arborisation axonale via la dégradation de PTEN que la croissance des dendrites ce qui n’a pas été observé chez la souris (Drinjakovic et al., 2010). Il semble que la localisation et l’activité des trois E3 ubiquitine ligase, SMURF1, SMURF2 et Nedd4-1, soient régulées par la phosphorylation dépendante de BDNF et PKA (Cheng et al., 2011). Par exemple, il a été montré que SMURF1 était enrichi au niveau de l’extrémité axonale, conduisant ainsi à une dégradation de RHOA localement ce qui serait essentiel au

48 développement de l’axone (Bryan et al., 2005). Il semble qu’en plus de réguler la croissance axonale l’expression de SMURF1 soit elle aussi régulée par l’ubiquitination par le complexe APC-CDH1 (Wan et al., 2011).

Figure 31 : Plusieurs petites RhoGTPases sont ubiquitinées durant la neuritogenèse par Nedd4, SMURF1 ou SMURF2, ce qui régule la neuritogenèse. A- Fonctionnement de Nedd4-1 durant le développement des neurites.

Nedd4-1 mono-ubiquitine la forme active de RAP2. Lorsqu’il y a formation du complexe RAP2/TNIK (NCK- interacting protein kinase) on observe une diminution de la croissance des neurites alors qu’en présence de NEDD4-1, la mono-ubiquitination de RAP2 inhibe la formation du complexe ce qui conduit à une augmentation de la croissance des neurites. B- Fonctionnement de SMURF1 durant le développement des neurites. RHOA-GTP active un membre de la famille des RHO-kinases qui permet de réduire l’extension des neurites via la phosphorylation des chaînes légères de myosine. Après inactivation de RHOA par la protéine GAP, RHOA peut être polyubiquitiné par SMURF1 puis dégradé par le protéasome ce qui conduit à l’extension des neurites. C- Fonctionnement de SMURF2 durant le développement des neurites. Les protéines RAP1B actives sont enrichies au niveau de l’extrémité du neurite où elles activent indirectement d’autres RHO-GTPases comme CDC42 (cell division cycle 42) ce qui leur permet de polariser la cellule. Les protéines RAP1B sont inactivées par la polyubiquitination de SMURF2 puis dégradées ce qui induit une perte de la polarité du neurone (ce qui peut conduire à un échec de génération d’un axone).D’après Kawabe et Brose 2011.

3.3.2 Adenomatous Polyposis Coli (APC)

Une autre E3 ubiquitine ligase est impliquée dans la croissance des neurites, il s’agit d’APC, une E3 à domaine RING. APC fait partie d’un complexe formé d’au moins treize protéines et utilisant notamment CDH1 ou CDC20 pour reconnaître les substrats, les substrats dépendant des protéines adaptatrices du complexe.

Il a été montré notamment qu’une sous-expression de CDH1 ou une inhibition d’APC conduisent à une croissance axonale augmentée (Konishi et al., 2004). En effet, il a été montré qu’APC (Adenomatous Polyposis coli) se lie à l’extrémité + des microtubules et les stabilise. APC est un effecteur de la glycogène Synthétase kinase 3β (GSK-3) qui est très enrichit dans le futur axone (Shi et al., 2004). La phosphorylation d’APC par GSK-3β l’empêche de se lier aux microtubules et l’inhibition de GSK-3β conduit à une accumulation d’APC dans les neurites (Shi et al., 2004). De plus, l’expression de formes tronquées d’APC

B

49 est suffisante à l’inhibition de la formation d’axones et à leur élongation (Purro et al., 2008; Shi et al., 2004; Zhou et al., 2004). Par ailleurs, APC et GSK-3β permettent aussi la régulation de Par3, protéine essentielle à la polarité cellulaire et de protéines associées aux microtubules que sont MAP1B (Gonzalez-Billault et al., 2004) et Tau (Sperber et al., 1995).

Le complexe APC-CDH1 participe à l’ubiquitination et la dégradation d’au moins deux facteurs de transcription que sont ID2 et SNON (Lasorella et al., 2006).ID2 semble réprimer les facteurs de transcription bHLH comme E47 qui permet d’arrêter la croissance axonale. SNON de son côté augmente la transcription de CDH1, un régulateur positif de la croissance axonale agissant dans la signalisation JNK (Puram et al., 2010). CDH1 agirait donc en tant qu’inhibiteur de l’allongement des axones, tandis que CDC20 participerait à l’extension des dendrites bien que les facteurs mis en jeu ne soient pas encore identifiés.

3.3.3 HECT, UBA et WWE Domain Containing 1 (HUWE1)

En plus de son action durant la neurogenèse avec la régulation de Notch, HUWE1 agit sur la voie Wnt durant la neuritogenèse et a été montré comme régulateur de la morphologie de l’arborisation axonale. En effet, la surexpression de HUWE1 conduit à une augmentation du nombre de terminaison axonale et une diminution de DSH, une molécule requise dans la voie de signalisation Wnt. HUWE1 ciblerait directement DSH et conduirait à la polyubiquitination sur Lys63 qui serait indispensable à la transduction du signal (Vandewalle et al., 2013).

Par ailleurs, il a été montré que NEDD41 et ITCH pouvaient polyubiquitiner DSH et conduire à sa dégradation par le protéasome (Wei et al., 2012).

3.3.4 Autres E3 ubiquitine ligases impliquées dans la croissance axonale

D’autres E3 ubiquitine ligases permettent la régulation de la croissance axonale, parmi elles, KLHL20, qui fait partie du complexe SKP-Cullin-F-Box et qui permet la dégradation de RhoGEF (Kawabe et Brose, 2011) ou encore RNF6 qui dégrade LIMK1, un régulateur positif de la croissance axonale (Kawabe et Brose, 2011).

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