Clusterin Résultats
5.4 Les mécanismes cellulaires
5.4.3 Site internet KEGG : analyse manuelle .1 Résultats
A partir des processus "cycle cellulaire" et "voie de signalisation de p53" obtenus lors de l'analyse WebGestalt (chap. 5.4.2, p. 73), nous avons effectué une analyse afin d'identifier d'autres voies connexes incluant des gènes de la "Liste A". Le tableau 16 présente la liste de ces voies métaboliques, le nombre de gènes de la "Liste A" inclus dans la voie et leurs liens avec d'autres voies incluant des gènes présents dans la "Liste A" [Collard et al., 2015].
Tableau 16 : analyse manuelle à partie du site web KEGG. Ce tableau contient les voies métaboliques liées à "Cycle cellulaire" ou "voie de signalisation p53" et incluant des gènes de la "Liste A"
KEGG
Nom de la voie de signalisation
Nombre de gènes de la "Liste A" inclus
dans la voie
La voie de signalisation est liée à cette autre voie
Cell cycle 16 MAPK signaling pathway
FoxO signaling pathway 13 Apoptosis
Cell cycle
MAPK signaling pathway PI3K/Akt signaling pathway TGF- β signaling pathway
MAPK signaling pathway 12 Apoptosis
Calcium signaling pathway Cell cycle
p53 signaling pathway
Phosphatidylinositol (PI3K) signaling system Wnt signaling pathway
Cytokine-cytokine receptor interaction 12 Adherens junction
Apoptosis Focal adhesion
Jak-STAT signaling pathway
p53 signaling pathway 11 Apoptosis
Cell cycle
PI3K/Akt signaling pathway 11 Apoptosis
B Cell receptor signaling pathway Cell cycle
Focal adhesion
Jak-STAT signaling pathway MAPK signaling pathway mTOR signaling pathway NF-Kappa B signaling pathway p53 signaling pathway
Regulation of Actin cytoskeleton 11 Adherens junction
Focal adhesion
MAPK signaling pathway
Focal adhesion 9 Cell cycle
Cytokine-cytokine Receptor Interaction ECM-Receptor Interaction
MAPK signaling pathway
Phosphatidylinositol signaling system PI3K/Akt signaling pathway
Regulation of Actin cytoskeleton Wnt signaling Pathway
Wnt signaling pathway 9 Adherens junction
Cell cycle Focal adhesion
MAPK signaling pathway TGF- β signaling pathway
Apoptosis 7 Cell cycle
Cytokine-cytokine Receptor Interaction NF-Kappa B signaling pathway
Tableau 16 (suite)
KEGG
Nom de la voie de signalisation
Nombre de gènes de la "Liste A" inclus
dans la voie
La voie de signalisation est liée à cette autre voie
Calcium signaling pathway 6 Apoptosis
MAPK signaling pathway
Jak-STAT signaling pathway 6 Apoptosis
Cell cycle
Cytokine-cytokine Receptor Interaction MAPK signaling pathway
PI3K/Akt signaling pathway
Tight junction 6 Adherens junction
Phosphatidylinositol signaling system Regulation of Actin cytoskeleton
Complement and coagulation cascades 5 B Cell receptor signaling pathway
Adherens junction 4 Cytokine-cytokine Receptor Interaction
MAPK signaling pathway TGF- β signaling pathway Tight junction
Wnt signaling pathway
B Cell receptor signaling pathway 4 Calcium signaling pathway
Complement and coagulation cascades MAPK signaling pathway
NF-Kappa B signaling Pathway PI3K/Akt signaling pathway Regulation of Actin cytoskeleton
ErbB signaling pathway 4 Calcium signaling pathway
Cell cycle
MAPK signaling pathway mTOR signaling pathway PI3K/Akt signaling pathway
T-cell receptor signaling pathway 4 Calcium signaling pathway
Cell adhesion molecules MAPK signaling pathway NF-Kappa B signaling pathway PI3K/Akt signaling pathway Regulation of Actin cytoskeleton
ECM-Receptor Interaction 3 Focal adhesion
mTOR signaling pathway 3 MAPK signaling pathway
NF-Kappa B signaling Pathway 3 Apoptosis
B Cell receptor signaling pathway Calcium signaling pathway T-cell receptor signaling pathway
Phosphatidylinositol signaling system 3 Focal adhesion
TGF- β signaling pathway 3 Apoptosis
Cell cycle
Le tableau 17 met en évidence, à partir du tableau 16, les voies de signalisation utilisant dans leurs cascades des gènes présents dans la "Liste A" ayant la particularité de ne jouer un rôle que dans une seule voie de signalisation.
Tableau 17 : liste des voies métaboliques incluant des gènes de la "Liste A".
Ces gènes sont connus pour avoir une fonction dans une seule voie métabolique
Nom de la voie de signalisation Symbole du gène FCR EntrezGene
Regulation of actin cytoskeleton ARHGEF7 3.5433 8874
SSH1 2.8380 54434 ENAH -2.2322 55740 IQGAP3 -2.2799 128239 Wnt signaling pathway DKK1 4.4211 22943 TBL1XR1 -2.0876 79718 DAAM1 -2.1175 23002 SFRP1 -2.3446 6422
Complement and coagulation cascades F12 -2.3185 2161
KNG1 -2.4975 3827 THBD -2.5906 7056 Cell Cycle CDC6 -2.4227 990 TTK -3.0231 7272 FoxO PRMT1 2.1625 3276 PLK4 -2.1853 10733 MAPK DUSP4 2.9941 1846 MAP4K4 2.0165 9448
Adherens junction SSX2IP -2.6911 117178
Calcium signaling pathway TMEM142B -3.8934 80228
ECM-Receptor Interaction HMMR -2.4871 3161
ErbB signaling pathway NRG1 2.0087 3084
Focal adhesion PARVA 3.1305 55742
Jak-STAT signaling pathway SPRY4 2.2764 81848
TGF-beta signaling pathway FST 2.9464 10468
Tight junction EPB41L3 -2.0545 23136
5.4.3.2 Discussion
Le module KEGG du site WebGestalt a permis d'isoler statistiquement la voie "cycle cellulaire" et la "voie de signalisation de p53" de la "Liste A". A partir de ces deux voies de signalisation, nous avons effectué une analyse manuelle sur le site internet KEGG afin d'identifier d'autres voies connexes (tab. 16) incluant des gènes de la "Liste A" afin de rechercher la cascade des voies métaboliques déclenchées par la stimulation ELF.
Le tableau 17 présente les voies de signalisation utilisant dans leurs cascades des gènes de la "Liste A" ayant la particularité de jouer un rôle dans une voie de signalisation unique. Si un gène
modifiée par la stimulation ELF, il y a une grande chance que cette voie joue un rôle dans les processus biologiques activés par la stimulation [Collard et al., 2013].
Forkhead box O (FoxO) est un régulateur clé de la croissance cellulaire qui a la capacité de limiter la prolifération cellulaire en favorisant l'arrêt du cycle cellulaire, l'apoptose ou la quiescence. Il permet une réponse adaptative au stress et permet de "traduire" les stimuli environnementaux en modifiant l'expression génique afin de réguler la réaction de l'organisme [Greer et al., 2005]. Un mécanisme important de la régulation de FoxO est sa phosphorylation par la sérine-thréonine kinase (Akt) [Yamagata et al., 2008]. Les facteurs FoxO sont impliqués dans la médiation de l'effet de Akt sur la prolifératif, la survie et la croissance cellulaire [Hers et al., 2011].
Greer et al. [2005] ont remarqué que c-Jun N-terminal Kinase (JNK), un membre de la famille des protéines kinases (MAPK) activé par des stimuli de stress, est responsable de la régulation de FoxO dans plusieurs organismes. FoxO est négativement régulé par PKB/Akt et impliqué dans la régulation du cycle et de la mort cellulaire [Essers et al., 2004]. Ponugoti et al. [2013] expliquent que FoxO1 est nécessaire à la transition des kératinocytes vers un phénotype de cicatrisation ce qui implique l'augmentation de la migration cellulaire et la sur-régulation de transforming growth factor β1 (TGF-β1) favorisant ensemble la migration et la diminution de l'apoptose. Les TGF-β sont un type de facteurs de croissance multifonctionnels qui inhibent dans nombre de types cellulaires la progression du cycle. Un médiateur de TGF-β, Smad4 induit l'apoptose à travers la voie JNK [Lee et al., 2002].
La voie de signalisation de p53 a une fonction fondamentale pour les cellules vivantes, associée à de nombreux processus tels la différenciation, la réparation de l'ADN, le cycle cellulaire ou l'apoptose. En réponse à divers signaux de stress, p53 initie l'arrêt du cycle cellulaire, l'apoptose ou la sénescence afin de maintenir l'intégrité de la cellule à l'aide des voies Akt et mTOR. [Haupt et al., 2003; Feng, 2010]. Chen et al. [2005] ont démontré la relation entre p53, checkpoint kinase 2 (Chk2) and p38 MAPK dans l'arrêt du cycle cellulaire.
Il y a de nombreux parallèles dans le mode de régulation de FoxO et de p53 dans l'arrêt du cycle cellulaire, la mort cellulaire ou le stress oxydatif [Zhang et al., 2011].
En réponse à des stimuli extérieurs, MAPK transduit des signaux comme les facteurs de croissance et le stress de la membrane cellulaire aux facteurs de transcription du noyau [Steelman et al., 2004]. MAPK régule l'expression des gènes de l'apoptose, du cycle cellulaire, de la mitose, de la prolifération, de la différenciation cellulaire ou de la régulation de la mobilité [Wilkinson et al., 2000; Wada et al., 2004]. Il est reconnu que MAPK et la voie de signalisation phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) fonctionnent comme un réseau de signalisation interconnecté actif dans un large éventail de fonctions fondamentales telles que la croissance cellulaire, la survie ou la différenciation [Hao et al., 2010]. p38 MAPK est généralement considéré comme prenant part à la réponse au stress, mais joue aussi un rôle dans la régulation du cycle cellulaire [Chen et al., 2005]. L'équipe de recherche de Chao [1992] a indiqué qu'il existe au moins deux voies de signalisation indépendantes pour l'activation des MAPK : la première dépendante de la mobilisation du calcium intracellulaire, la seconde activée par le récepteur du facteur de croissance épidermique de la tyrosine kinase, calcium indépendant.
La voie "cytokine-cytokine receptor interaction" utilise également 12 gènes de la "Liste A". Ghoreschi et al. [2009] et Harrison [2012] soulignent que les réponses cellulaires à la majorité des cytokines ou facteurs de croissance sont activées par Janus kinase/signal transducers et l'activateur de transcription Jak/STAT. Les réponses cellulaires comprennent la prolifération, la différenciation, la migration, l'apoptose et la survie cellulaire.
Akt apparaît comme un nœud de signalisation important au sein de toutes les cellules et l'une des protéines kinases les plus importantes dans la physiologie ou la pathologie des eucaryotes. Akt est principalement régulé par l'activation de PI3K. La voie de signalisation PI3K/Akt joue un rôle dans la prolifération cellulaire et est en partie régulée par la phosphorylation de FoxO [Zhang et al., 2011]. L'activation de PI3K génère plusieurs phosphoinositols conduisant à l'activation d'Akt, considéré comme un facteur clé de la survie cellulaire, stimulant la prolifération et inhibant l'apoptose [Reif et al., 2003]. L'activation de PI3K est requise pour la progression en phase G1/S et son inhibition conduit en l'arrêt de la phase G1 dans de nombreux types de cellules [Liang et al., 2003]. PI3K/Akt est une voie de transduction des signaux qui est stimulée par différentes cytokines ou facteurs de croissance. Elle régule de nombreuses fonctions biologiques, y compris la survie, la prolifération cellulaire, la progression du cycle cellulaire ou l'apoptose et a des interactions avec Ras, PTEN ou la synthèse de l'ADN. [Lawlor et al., 2001]. Akt active la croissance cellulaire via la voie de signalisation mTOR complex 1 (mTORC1) [Manning et al., 2007], elle-même régulée par la voie de signalisation des facteurs de croissance [Hers et al., 2011].
Les interactions entre PI3K/Akt et MAPK/ERK (également connu sous le nom de Raf/Mek/ERK) sont importantes pour la régulation de la progression du cycle cellulaire et l'apoptose [Chang et al., 2003b]. Il a été montré que les voies "MAPKs", "JNK" et "p38", activées par le stress, étaient inhibées par la voie de signalisation Akt. Par conséquent, un équilibre entre la voie de survie PI3K/Akt, et la voie apoptotique JNK/p38 peut être établi à travers ce type de croisement [Manning et al., 2007]. Un autre régulateur positif d'Akt est focal adhesion kinase (FAK) avec un lien direct entre Akt1 et FAK et une potentialisation de l'activation de l'un par l'autre [Wang et al., 2011b]. Focal adhesion kinase (FAK) joue un rôle dans la régulation coordonnée de la prolifération et la migration cellulaire en réponse à l'adhésion cellulaire médiée par l'intégrine [Zhao et al., 1998]. Lu et al. [2008] ont également observé que l'inhibition d'Akt par un inhibiteur de Pi3k réduisait l'activité de NF-kappaB et l'expression de STAT3, alors que son activation entraîne l'effet inverse. D'autre part, l'inhibition de l'activité STAT3 diminue l'expression d'Akt. Cette observation souligne l'interaction entre PI3K/Akt/NF-kappaB et Jak2/STAT3 avec un effet protecteur contre l'apoptose. Ils soulignent également que PI3K/Akt joue un rôle dans la phosphorylation de STAT grâce à une tyrosine kinase qui relie les récepteurs à cytokines à PI3K par l'intermédiaire de Jak [Lu et al., 2008]. Les cascades de réactions Jak/STAT et Jak/PI3K/Akt/mTORC, avec leur action commune sur la prolifération, ont également été analysées par Yamada et al. [2012]. Le groupe de Dan [2008] a indiqué le rôle de Akt dans l'activation de NF-kappaB par mTOR. PI3K/Akt interagit avec le fonctionnement des jonctions serrées (tight junctions) sans qu'aucune généralisation ne puisse être faite, des effets opposés étant observés [González-Mariscal et al., 2008]. Outre le rôle de la
son rôle actif dans le cycle cellulaire, la prolifération [Hinz et al., 1999; Kaltschmidt et al., 1999], ainsi que dans l'apoptose [Kaltschmidt et al., 2000].
Les jonctions serrées et les jonctions d'ancrage (adherens junctions) sont deux complexes de jonction "cellule-cellule" de l'épithélium. La jonction d'ancrage initie et stabilise l'adhérence entre cellules et régule l'actine présente dans le cytosquelette ainsi que la signalisation intracellulaire. Les jonctions serrées ont une fonction "barrière" empêchant le mouvement des protéines membranaires et une fonction "porte" permettant le passage des ions et des molécules entre les cellules. Une jonction serrée peut se lier à une jonction d'ancrage ou à l'actine du cytosquelette via des protéines cytoplasmiques associées [Hartsock et al., 2008; Meng et al., 2009]. p38 MAPK semble interagir avec l'actine du cytosquelette et moduler le réarrangement des filaments d'actine durant la différenciation cellulaire [Khurana et al., 2003]. La voie de signalisation Wnt a été étudiée : elle déstabilise les jonctions d'ancrage et favorise la migration des cellules [Vlad-Fiegen et al., 2012]. Les récepteurs de facteurs de croissance sont actifs dans la phase membraneuse de la voie de signalisation MAP (Mitogen Activated Protein) et leur action se poursuit par l'activation de plusieurs kinases cytoplasmiques appelées MAPK (MAP Kinase). Différents groupes de MAPs existent : un groupe est activé par les facteurs de croissance et régule la prolifération et la différenciation cellulaire par l'intermédiaire de ERKs (extracellular signal-regulated kinases); un autre groupe, JNK et p38, est activé par des stimuli de stress et est impliqué dans la différenciation cellulaire et l'apoptose; une autre voie (ERK5) est activée par des facteurs de croissance, par les stimuli de stress et participe à la prolifération cellulaire [Zhang et al., 2002; González-Mariscal et al., 2008]. La voie de signalisation MAPK joue un rôle dans les jonctions serrées en modulant l'expression de plusieurs protéines présentes dans ces complexes ainsi que par les interactions des protéines intégrales des jonctions serrées avec d'autres protéines nécessaires pour l'activation de la voie de signalisation ERK [González-Mariscal et al., 2008].
La voie de signalisation Wnt régule la prolifération, la différentiation et la mobilité cellulaire [Hadjihannas et al., 2012]. Bikkavilli et al. [2008] ont observé la régulation de la voie "Wnt canonique" par p38 MAPK. L'équipe de Nishita [2000] a proposé un modèle d'interaction entre la cascade Wnt et la cascade TGF-B. Pour Peng et al., [2014], Wnt régule la prolifération et la différenciation des cellules souches mésenchymateuses via la voie de signalisation p53.
5.4.3.3 En résumé
Cette analyse permet de lister les différentes voies de signalisation qui intègrent dans leurs cascades des gènes ayant réagi à une stimulation ELF.
FoxO est un régulateur fondamental de la croissance cellulaire en permettant une réponse adaptative de la cellule au stress, par l'action de régulatrice d'Akt et JNK. FoxO est connu pour participer à la cicatrisation des kératinocytes. Akt, un autre régulateur critique, phosphoryle FoxO est régulé suite à l'activation de PI3K, JNK, FAK ou p38.
Les cytokines et les facteurs de croissance ont une fonction importante dans l'activation de Jak/STAT ou de PI3K/Akt. MAPK et PI3K sont des cascades interconnectées jouant un rôle important dans la régulation de la croissance cellulaire et dans la différenciation.
p38 MAPK ou la voie p53, avec l'aide d'Akt et sous le contrôle de mTOR et NF-KappaB, participent à la réponse au stress.
Les jonctions serrées et d'ancrage sont également associées à la prolifération et à la différenciation. Le cytosquelette d'actine interagit avec p38 MAPK et Wnt afin de déstabiliser les jonctions d'ancrage.
Après activation des récepteurs membranaires des facteurs de croissance, les cascades de signalisation des MAPK sont activées. p38 MAPK régule la voie canonique de Wnt permettant le contrôle précis du cycle cellulaire. Une interaction entre Wnt et TGF-B est également possible. p53 et Wnt sont également interconnectés.
Certaines de ces voies utilisent des gènes que nous avons mis en évidence et qui ne jouent un rôle que dans une seule voie de signalisation. Si un gène est connu pour être actif exclusivement dans une voie spécifique et si son expression est modifiée par la stimulation ELF, il est probable que cette voie soit active dans le processus biologique activé par la stimulation. Les 25 gènes et les 14 voies de signalisation mis en évidence (tab. 17) représentent des données d'un grand intérêt dans la recherche de marqueurs spécifiques de la stimulation ELF.