La voie ERK5

La voie de signalisation MEK5-ERK5 est l’une des dernières cascades de MAP kinases à avoir été identifiée. Elle se distingue des autres modules MAP kinases du fait qu’elle n’est constituée que d’une seule MAPKK, MEK5 qui n’active qu’une seule MAPK, ERK5 (aussi nommée BMK1, Big MAP Kinase 1) (Figure 1.18) [558]. En amont de MEK5, on retrouve les MAPKKK MEKK2 et MEKK3, également impliquées dans l’activation de p38 et JNK de par leur capacité à phosphoryler MKK3/6 et MKK4/7 [559]. De nombreux stimuli mitogéniques (EGF, NGF, sérum) ou stress cellulaires et oxydatifs activent la voie de différentes façons [560-562]. Par exemple, les mitogènes mènent à l’activation de ERK5 en engageant des cascades de signalisation qui dépendent ou non de Ras [558]. Comme toutes les autres MAP kinases classiques, ERK5 requiert la double phosphorylation de sa boucle d’activation dans le motif Thr-Glu-Tyr. ERK5 est une protéine de 816 aa dont la masse moléculaire est de 98 kDa (Figure 1.20, p 86). Elle possède un domaine kinase

en N-terminal, qui est homologue à 51 % à celui de Erk1, et un domaine auto- inhibiteur en C-terminal. La forme ERK5 activée est relocalisée vers le noyau et interagit plus fortement avec ses substrats puisqu’elle s’auto-phosphoryle sur la queue C-terminale, causant un changement de conformation du NLS et du domaine d’interaction avec ses substrats (domaine CD) [563].

Figure 1.18 Voie de signalisation de ERK5

Les stimuli extracellulaires provoquent l’activation des MAPKKK MEKK2 et MEKK3, qui activent à leur tour MEK5. La phosphorylation de la boucle d’activation de ERK5 permet l’augmentation de son activité enzymatique et la phosphorylation de ses substrats. Quelques-uns sont indiqués au bas de la figure. D’après [558].

1.5.4.1 Fonctions de la voie MEK5-ERK5

Bien que son organisation soit relativement simple, la voie de signalisation MEK5- ERK5 est impliquée dans un large éventail de processus biologiques, dont le développement, la prolifération et la survie cellulaire. Récemment, un rôle lors de la mitose lui a également été attribué.

1.5.4.1.1 Rôle au cours du développement

Tout d’abord, ERK5 a un rôle dans le développement cardiaque. En effet, les études phénotypiques des souris Erk5 KO ont révélé que ces souris meurent au jour embryonnaire E10.5 suite à des défauts cardiovasculaires et angiogéniques [564-566]. Ensuite, l’utilisation d’oligonucléotides morpholinos antisens dirigés contre ERK5 et MEK5 chez le xénope a mis au jour des rôles positifs de cette voie de signalisation dans la formation des structures de la tête et dans la différenciation neurale au cours de l’embryogenèse [567].

1.5.4.1.2 Rôle dans la prolifération et la survie cellulaire

La voie de signalisation ERK5 participe de différentes façons au contrôle de la prolifération en réponse aux facteurs mitogéniques. Ainsi, une stimulation des cellules HeLa et MCF10A à l’EGF, active ERK5 qui phosphoryle et entraîne l’augmentation considérable de l’activité transcriptionnelle du facteur MEF2C [560, 568]. Une des cibles transcriptionnelles de cette réponse précoce, qui a pour effet d’induire la prolifération des cellules, est le facteur de transcription c-Jun. Par la suite, il a été démontré que l’activité de ERK5 intervient dans le contrôle de l’expression de la cycline D1, importante pour la progression en phase G1 (Section 1.1.3.4) [569]. De plus, la protéine kinase induite par le sérum et les glucocorticoïdes SGK (Serum and glucocorticoid-inducible kinase) a été identifiée par double hybride comme cible directe de ERK5 [570]. ERK5 active SGK par phosphorylation de la Ser 78, lui permettant ainsi d’exercer son rôle positif sur la progression en G1 [570, 571].

En plus de son rôle dans la prolifération, ERK5 intervient également dans la survie cellulaire. La première démonstration est venue de l’observation que l’inhibition de MK5 avec le PD98059 et le U0126 (deux inhibiteurs bien connus des MAPKK) entraîne la mort de cellules neuronales PC12 traitées avec le H2O2 [572].

Plusieurs études ont proposé divers mécanismes d’action de ERK5 dans ce processus. Premièrement, la stimulation des axones neuronaux par la neurotrophine provoque l’endocytose de récepteurs à activité tyrosine kinase. Lors de leur transport rétrograde, ceux-ci activent ERK5, qui est ensuite transportée au noyau [573]. ERK5

phosphoryle et active alors le facteur de transcription CREB pour maintenir les cellules en vie. Deuxièmement, l’utilisation de mutants dominants actifs de ERK5 protège les cellules endothéliales de l’apoptose via un mécanisme impliquant la phosphorylation de Bad [574]. Finalement, dans les fibroblastes Erk5-/- et Mek5-/-, un stress osmotique provoque une augmentation de l’expression de FasL, ce qui entraîne la mort cellulaire [575]. Tous ces résultats suggèrent donc que MEK5 et ERK5 interviennent dans la survie cellulaire.

1.5.4.1.3 Rôle lors de la mitose

La voie de signalisation MEK5-ERK5 a aussi été impliquée dernièrement dans le contrôle de l’entrée en mitose (Figure 1.19). En effet, ERK5 devient spécifiquement activée par MEK5 au cours de la mitose [576-578]. L’activation soutenue de cette voie entraîne les cellules en mitose, alors que son inhibition en prévient l’entrée [576, 578]. Il est connu que la protéine p90 RSK, membre de la famille des MAPKAP kinases, est un substrat direct de ERK5 [573, 579, 580]. Le groupe de Z. Xia a ainsi démontré qu’une fois activée par ERK5, RSK2 peut phosphoryler IκB, ce qui provoque la dégradation par le protéasome de cette dernière [576]. La dégradation de l’inhibiteur IκB engendre l’activation du complexe transcriptionnel NFκB, qui était déjà connu pour être activé par la voie ERK5 [579]. La translocation nucléaire de NFκB permet la transcription de régulateurs importants de l’entrée en mitose tels que cycline B, Plk1 et Cdc25B [576, 579].

En plus de ce rôle dans le contrôle de l’entrée en mitose, il a été proposé que ERK5 participe à la décision de survie au cours de la mitose [577]. L’inhibition génétique ou pharmacologique de ERK5 lors de la mitose induit l’apoptose, un processus qui est exécuté en partie par Bim (B-cell lymphoma 2 interacting mediator of cell death), une protéine proapoptotique membre de la famille des protéines à domaine BH3 seulement (BCL-2 homology domain 3 (BH3)-only protein). La phosphorylation de Bim par ERK5, sur des sites qui n’ont pas encore été identifiés, prévient l’activation des caspases en l’empêchant d’interagir avec Bad, une autre protéine proapoptotique.

Figure 1.19 La voie MEK5-ERK5-RSK2 dans le contrôle d’entrée en mitose Voir le texte pour plus de détails. Issue de [576].