Structure de mTOR et de ses complexes

5.1.1 Structure de mTOR

Schéma 27 : La structure secondaire de mTOR (Don B. and al, Nature Reviews Drug Discovery 2011)

mTOR est une protéine kinase de grande taille mais à l’allure compacte et formée de nombreux domaines (Schéma 27). La région N-terminale possède 20 tandem Heat (Huntington, EF3,

A subunit of PP2A, TOR1) répétés dont chaque unité consiste en 2 hélices α d’environ 40 acides

aminés. Ce type de motif n’est pas propre à mTOR et se retrouve dans d’autres protéines à commencer par son partenaire RAPTOR mais sa fonction n’est pas encore connue. Le domaine FAT (FRAP,

ATM, TRAP), de taille élevée, est composé d’hélices α répétées et est attaché au domaine kinase de

mTOR. Un autre domaine nommé FATC se retrouve en partie C-terminale de mTOR, sa position centrale dans le site catalytique de la protéine fait qu’elle est absolument nécessaire pour l’activité kinase de mTOR, Takahashi et al. ont montré qu’une délétion d’un seul acide aminé de ce domaine inhibe l’activité de mTOR (Takahashi T et al, 2000). Le domaine FRB (FKB12-Rapamycin Binding) jouxte le domaine catalytique et participe à l’activité kinase, il est également le site de fixation de l’acide phosphatidique qui participe à l’activation de mTOR (Fang Y et al, 2001). Enfin, le domaine kinase de mTOR est composé d’environ 550 résidus et adopte une structure en deux lobes (Schéma 28) : Le lobe N-Terminal, un plus large lobe C-Terminal et entre les deux, une région qui lie l’ATP.

Schéma 28 : La structure tertiaire de mTOR-mLST8 (Yang H. and al, Nature 2013)

Le domaine kinase de mTOR ressemble fortement à un domaine PI3K avec néanmoins quelques différences puisque seuls 50% des acides aminés se superposent et plus de 200 s’additionnent, tel que le domaine FRB. Les 4 hélices de ce domaine font partie du lobe N-terminal et dessinent la porte d’entrée et de restriction pour les substrats.

85 La kinase mTOR est associée à au moins deux partenaires uniques qui permettent de former deux complexes distincts: « regulatory-associated protein of mTOR » (RAPTOR) pour mTORC1 et « rapamycin-insensitive companion of mTOR » (RICTOR) pour mTORC2. Ces différents compagnons participent à l’assemblage du complexe et facilitent l’accrochage des substrats et régulateurs de mTOR (Nojima J. et al, 2003).

5.1.2 Structure de mTORC1

Le complexe mTORC1 est formé de l’association de mTOR avec RAPTOR, PRAS40, et mLST8 et DEPTOR. De nouveaux partenaires transitoires émergent.

Schéma 29 : Structure de mTORC1 et de ses composants (Sabatini et al. Nature reviews Molecular Cell Biology, 2010)

a) RAPTOR

La plus grosse protéine associée à mTOR est composée de trois domaines : un domaine constitué de répétitions de domaines WD40 sert de squelette aux complexes protéiques et permet à la protéine de s’accrocher à mTOR au sein de mTORC1. Un domaine RNC (RAPTOR N-terminal conserved) qui contribue à l’association de mTORC1 à ses substrats (Dunlop EA et al, 2009) et tout comme pour mTOR, un domaine composé de tandem Heat.

b) mLST8

Elle est composé d’une répétition de domaine WD40 qui permet également à la protéine de s’accrocher à mTOR au sein de mTORC1 mais également mTORC2. Sa position fait qu’elle participe à la porte d’entrée des substrats pour le site catalytique de mTOR.

c) DEPTOR

Elle a une expression régulée à la fois par mTORC1 et mTORC2 et est composée de deux domaines, DEP (disheveled, egl-10, pleckstrin) et PDZ (postynaptic density 95, discs large, zonula occludens- 1). La protéine se lie à la partie C-terminale de mTOR (Complexe 1 ou complexe 2) en aval de son domaine kinase et régule son activité. L’absence de DEPTOR, notamment dans certains cancers,

86 entraîne l’activation constitutive du complexe mTORC1 mais également de mTORC2, ce qui suggère un rôle d’inhibiteur de DEPTOR sur l’activité kinase de mTOR.

d) PRAS450

La protéine PRAS40, le plus petit partenaire du complexe mTORC1, est composée de deux régions riches en proline en N-terminale et d’un domaine LCD très conservé et qui peut être phosphorylé par AKT.

Une fois le complexe mTORC1 assemblé, il forme un dimère qui met en évidence une cavité centrale entourée par les protéines mTOR et RAPTOR (Schéma 30).

Schéma 30 : Reconstitution 3D de la dimérisation de mTORC1 (Yip CK. et al. Mol. Cell 2010)

Cette configuration jouerait un rôle important au niveau des substrats, Yip CK et al., suggèrent que 4E-BP1 (substrat de mTOR qui sera décrit ultérieurement) s’accroche à RAPTOR d’un seul monomère mTORC1 mais est phosphorylé par le mTOR du monomère adjacent. A l’inverse, l’absence de la dimérisation empêche la phosphorylation de 4E-BP1 (Yip CK et al, 2010).

5.1.3 Structure de mTORC2

mTORC2 possède un cœur très conservé entre la levure et l’Homme qui comprend : mTOR, RICTOR, SIN1 et mLST8. D’autres partenaires moins conservés entre les espèces s’ajoutent : PROTOR, PRR5L et DEPTOR.

87 RICTOR et PROTOR ont des structures très peu connues, les deux sont capables d’interagir l’un avec l’autre en absence de mTOR.

a) Le partenaire mSIN1

Tout comme RICTOR est essentiel pour maintenir la stabilité du complexe mTORC2. En absence de mSIN1, RICTOR n’est plus exprimée, et inversement, alors que l’expression de mTOR n’est pas affectée (Frias MA et al, 2006). mSIN1 a une expression particulière puisqu’elle subit un épissage alternatif permettant la génération de cinq isoformes dont trois d’entre eux permettent la formation de trois complexes différents de mTORC2 (Frias MA et al, 2006) ; cependant aucune fonction spécifique à ces isoformes n’est connue. Les deux plus longs isoformes possèdent un domaine pleckstrin homology (PH) permettant leur liaison à des lipides, à l’acide phosphatidique, phosphatidylinositol et aux membranes cellulaires ainsi qu’une région Ras-binding domain (RBD) permettant de lier Ras actif et d’inhiber sa signalisation (Schroder WA et al, 2007).

b) mLST8

Il s’agit d’une protéine commune à mTORC1 et mTORC2, cependant une déficience de l’expression mLST8 affecte la liaison de mTOR avec RICTOR sans affecter sa liaison avec RAPTOR et donc empêche l’assemblage de mTORC2 sans affecter l’assemblage de mTORC1 (Guertin DA et al, 2006).