Régulation

Comme c'est le cas pour toutes les protéines kinases, des activateurs et des inhibiteurs régulent l’activité catalytique des LIMKs. Cette régulation se fait soit par des modifications post-traductionnelles comme des phosphorylations soit via l’interaction de protéines régulatrices avec les domaines LIM et PDZ. Enfin, il a aussi été découvert des microARN capables de réguler l’expression des LIMKs.

Avant d’énumérer ces nombreux régulateurs de l’activité catalytique des LIMKs, il est important de noter que le premier régulateur est la structure tridimensionnelle de la protéine elle-même. En effet, les domaines LIM et PDZ présentent une activité inhibitrice sur le domaine catalytique. Ainsi, les formes tronquées de LIMKs, sans les domaines LIM ou PDZ possèdent une activité catalytique supérieure^84,85. De plus, les LIMKs sont capables de s’autophosphoryler sur des résidus sérine et tyrosine. La transphosphorylation est aussi impliquée dans la régulation de l'activité de la LIMK. Ainsi, si la forme non phosphorylée de LIMK1 est relativement instable, avec une demi-vie de 4 heures, son association avec la protéine HSP90 favorise son homodimérisation et sa transphosphorylation, ce qui conduit à la formation de dimères de LIMK1 stables. Par ailleurs, l'existence de nombreux sites de transphosphorylation dans le domaine kinase de LIMK1 augmente également la stabilité de cette dernière la rendant plus facilement activable.

4.4.1. Régulateurs positifs

Il existe différentes voies d’activation des LIMKs (Figure 22). La première se fait par phosphorylation du résidu thréonine en position 508 (Thr508) pour LIMK1 et du résidu thréonine en position 505 (Thr505) pour LIMK2, tous deux situés dans la boucle d’activation du domaine kinase. La famille des petites protéines G de la famille des Rho-GTPase est principalement responsable de ce type d’activation via ROCK 1&2^107,108, PAK 1, 2 & 4¹⁰⁹,

MRCK¹¹⁰et CAMK4.

La deuxième manière d’activer les LIMKs se fait par phosphorylation via d’autres résidus que ceux énoncés précédemment. Par exemple, la protéine kinase A (PKA) phosphoryle LIMK1¹¹¹ sur deux résidus sérine en position 96 et 323, la protéine kinase MAPK phosphoryle LIMK1¹¹² sur un résidu sérine en position 323, et la protéine kinase Aurora-A phosphoryle LIMK1¹¹³sur un résidu sérine en position 307 et un résidu thréonine en position 508 et LIMK2¹¹⁴ sur un résidu sérine en position 283, un résidu thréonine en position 494 et un résidu thréonine en position 505.

Enfin, une troisième et dernière manière d’activer les LIMKs consiste en une interaction physique d'autres protéines avec les LIMKs, via les domaines LIM et PDZ. La protéine kinase C (PKC)¹¹⁵ainsi que la neuréguline¹¹⁶utilisent ce mode d’action pour activer LIMK1.

Figure 22: Schéma récapitulatif des différentes voies d’activation de LIMK1 et LIMK2 et des fonctions des LIMKs

4.4.2. Régulateurs négatifs

Une seule phosphatase capable de déphosphoryler les LIMKs a été décrite: il s’agit de SSH. SSH se fixe aux domaines catalytiques des LIMKs et les déphosphoryle au niveau de la thréonine 508 (LIMK1) et la thréonine 505 (LIMK2). L’activité de SSH dépend de sa liaison à l’actine et est régulée par PAK4. En effet, PAK4 phosphoryle et inactive SSH¹¹⁷. Ces résultats démontrent l’importance de PAK4 dans la régulation de la voie cofiline puisqu’elle agit via la régulation de deux acteurs importants: LIMK1 qu’elle phosphoryle et active (voir partie 4.4.1. « Régulateurs positifs ») et SSH qu’elle inhibe. Il est important de noter que SSH est également responsable de la déphosphorylation et l’activation de la cofiline (voir partie 4.3. «Substrats »), démontrant le rôle crucial de cette phosphatase dans la régulation de la voie cofiline.

Parmi les autres inhibiteurs des LIMKs, le récepteur BMPR2¹¹⁸ et le suppresseur de tumeur LATS1¹¹⁹ ont été décrits. Tous deux interagissent avec LIMK1 via les domaines LIM, ce qui diminue son activité et provoque une diminution de la phosphorylation de la cofiline. LATS1 colocalise avec LIMK1 en interphase et au niveau de l’anneau contractile d’actine au moment de la cytocinèse¹¹⁹.

La nischarine est une protéine cytosolique qui se lie de manière spécifique à l’intégrine α5β1. Elle joue un rôle important dans la régulation de la migration et l’invasion des cellules épithéliales via la régulation de la voie Rac/PAK¹²⁰. Il a été récemment démontré que la nischarine interagit avec la forme phosphorylée (Thr508) de LIMK1 via le domaine PDZ et le domaine kinase, menant à une inhibition de l’activité kinase et à une inhibition de la phosphorylation de la cofiline¹²¹.

Il a aussi été montré que les micros-ARN: miR-134, miR-20a ou miR-27b régulent l’expression de LIMK1. Ils se lient à l’ARNm et inhibent sa traduction. Dans des conditions physiologiques cette inhibition mène principalement à des défauts de développements de la colonne vertébrale¹²². Dans certains cancers, tels que le cancer du poumon non à petite cellules ou le cancer de la peau, on observe une surexpression de ces miRs corrélée au développement et à la progression tumorale^123–125.

Enfin, le dernier régulateur négatif connu des LIMKs est Rnf6. Cette ligase se lie à LIMK1 conduisant à sa polyubiquitination et à sa dégradation par le protéasome¹²⁶. Cette interaction a été mise en évidence dans les cônes de croissance des neurones mais aucune information concernant les autres tissus n’est connue à ce jour.

L’ensemble des régulateurs négatifs des LIMKs est récapitulé dans la Figure 23.

Figure 23: Schéma récapitulatif des différents régulateurs négatifs de l’activité et de l’expression des LIMKs