Régulations des MAP Kinases par leur stabilité : conclusions 104 

Il semble exister deux principaux mécanismes de régulations de la stabilité des composantes des voies MAP Kinases qui dépendent de l’interaction avec le système de

protéines chaperonnes HSP90/cdc37 pour l’un et du système ubiquitine-protéasome uniquement pour l’autre. Ces systèmes ne sont pas auto-exclusifs mais fonctionnent en coopération, puisque les protéines clientes de HSP90 semblent pour la plupart être dégradées par le UPS lorsqu’elles ne sont plus stabilisées.

Une des principales limites qui se pose dans l’exercice de dresser le portrait global de la régulation des MAPK par leur stabilité est le peu de littérature disponible sur le sujet. Il n’existe pas d’analyse méthodique et systématique de la régulation des membres d’une voie de signalisation. Les études à grande échelle de l’ubiquitination ou de la dégradation des protéines peuvent donner des informations qui suggèrent ces régulations, mais les limites technologiques font qu’elles ne couvrent pas l’ensemble du protéome, et les systèmes rapporteurs utilisés peuvent induire des biais expérimentaux (voir revue (532)). De plus, à l’exception de quelques protéines pour lesquelles le phénomène est bien étudié, les mécanismes moléculaires de la stabilité des MAPK sont en général peu caractérisés. En conséquence, si on connait plus ou moins bien certains mécanismes de régulation indépendamment les uns des autres, on ne sait pas de quelle manière ils s’intègrent et interagissent entre eux pour coordonner le fonctionnement d’une voie MAPK.

Les signalisations p38 et JNK partagent de nombreuses MAP3K et peuvent donc être activées par les mêmes stimuli. Il est intéressant de noter que s’il n’existe que peu de régulations par le système ubiquitine-protéasome des modules MAP2K et MAPK pour ces signalisations, la majorité des MAP3K de p38 et JNK sont contrôlées par leur stabilité. De plus, la dégradation de certaines de ces enzymes est activée dans les mêmes contextes cellulaires. C’est le cas notamment de l’inflammation ou du stress oxydatif qui activent les signalisations p38 et JNK et parallèlement induisent l’ubiquitination et la dégradation de plusieurs MAP3K. S’il apparait que certains de ces mécanismes sont restreint à des types cellulaires spécifiques, comme les cellules endothéliales ou les cellules du système immunitaire, il semble néanmoins qu’il puisse y avoir une certaine redondance entre les régulations des MAP3K par le système ubiquitine-protéasome, notamment lors de l’inflammation. Il serait donc intéressant de déterminer la part relative de chacune de ces régulations dans la réponse cellulaire globale à ces stimuli. L’étude de la combinaison de ces mécanismes n’a jusqu’à ce jour pas fait l’objet d’article publié.

Le groupe des MAP Kinases atypiques est composé de ERK3/4, ERK7/8 et NLK. Parmi ces protéines, ERK3 et ERK7 sont dégradées de manière constitutive par le système ubiquitine-protéasome. De manière intéressante, les modalités de contrôle de la dégradation de ERK3 et ERK7 sont remarquablement similaires. La dégradation des deux protéines est dépendante de domaines spécifiques dans leur partie N-terminale, appelé « N-dégrons » (134). Le remplacement de ces domaines par la partie N-terminale de ERK2 suffit à stabiliser ces deux protéines. D’autre part, le signal de dégradation induit par les N-dégrons de ERK3 et de ERK7 est un signal fort, puisque son addition à l’extrémité N-terminale de la GFP suffit à induire la dégradation de cette dernière.

La régulation de ERK3 et ERK7 est une forme non conventionnelle de régulation pour des MAP Kinases. En effet, les signalisations MAPK classiques sont contrôlées par le système UPS en réponse à leur activation. Il s’agit dans la plupart des cas d’un contrôle temporel de la signalisation, qui permet de moduler le caractère transitoire du signal. Dans le cas de ERK3 et ERK7 le système semble fonctionner de manière inverse. Dans des cellules au repos, les signalisations sont constitutivement inhibées par la dégradation des MAPK. En réponse à des stimuli spécifiques, qu’il s’agisse par exemple de la mitose pour ERK3 ou d’une carence métabolique pour ERK7, les protéines sont stabilisées, levant l’inhibition sur leur signalisation. De manière intéressante, et encore une fois à l’inverse des MAPK conventionnelles, ERK3 et ERK7 sont toutes les deux des protéines qui sont constitutivement phosphorylées sur leur boucle d’activation (75, 218). Leur stabilisation suffit donc à promouvoir les fonctions cellulaires qu’elles contrôlent. De plus, comme la pression de dégradation sur ces enzymes est forte en conditions normales, quand le stimulus de dégradation s’atténue, les signalisations ERK3 et ERK7 retournent à des niveaux basaux. Les modalités de régulation de ERK3 et ERK7 sont donc différentes de celles des MAP Kinases conventionnelles mais le résultat sur la dynamique de leur signalisation est donc comparable.

Hypothèses et objectifs

La MAP Kinase atypique ERK3 présente un mode de régulation unique au sein de la famille des MAP Kinases. Contrairement aux autres membres de ce groupe, la protéine semble constitutivement phosphorylée sur sa boucle d’activation. La kinase ERK3 serait donc toujours dans un état actif. De plus, la protéine ERK3 est une protéine instable, constitutivement dégradée par le système ubiquitine-protéasome dans des cellules en prolifération. Cette régulation de la stabilité de ERK3 est un processus dynamique, car il peut être modulé par certains stimuli. Au vu de ces observations, nous avons émis l’hypothèse que la stabilité de la protéine ERK3 est un des régulateurs majeurs de son activité biologique. Ainsi, contrairement aux MAP Kinases classiques qui oscillent entre un état inactif (OFF) et un état actif (ON), et dont l’activité est régulée par les actions contradictoires de kinases activatrices et phosphates inhibitrices, la MAP Kinase atypique ERK3 serait toujours dans un état actif (ON) et son activité biologique serait régulée par un réseau de déubiquitinases et d’ubiquitine ligases (figure 14).

Afin de pouvoir étudier cette hypothèse, il convient d’identifier les régulateurs de ERK3 pour pouvoir moduler leur activité. Ainsi, l’objectif principal de ce travail de doctorat est d’identifier les composantes du système ubiquitine-protéasome qui régulent la stabilité de la MAP Kinase atypique ERK3. Nos travaux visent aussi à déterminer si ces régulateurs sont capables de moduler les fonctions cellulaires de la protéine. Finalement, étant donné que lesdites fonctions sont encore peu comprises, nous avons comme objectif secondaire d’utiliser l’identification des régulateurs de ERK3 pour mettre en lumière des hypothèses de nouvelles fonctions pour la protéine.

CHAPITRE II – Article 1 : The Deubiquitinating Enzyme USP20