Les voies des MAPK

Les voies des MAPK sont des voies de signalisation très conservées et elles sont impliquées dans diverses fonctions cellulaires, y compris la prolifération, la différentiation cellulaire et l’apoptose. La famille des MAPK comprend plusieurs sous-groupes de kinases telles que p38, JNK (c-Jun terminal kinase) et Erk. Toutes ces molécules ont en commun la propriété d’être activées par phosphorylation, ce qui leur permet de phosphoryler à leur tour sur des résidus sérine et thréonine une large gamme de substrats, y compris d’autres kinases, des phospholipases et des facteurs de transcription (Chang and Karin, 2001; Johnson and Lapadat, 2002).

Les cascades de signalisation de p38 et JNK sont fortement activées par le stress et les cytokines inflammatoires, tandis que celle d’Erk est fortement activée par les facteurs de croissance via des RTK (Kyriakis and Avruch, 2001).

a) La voie MAPK-p38

Le premier membre de la famille MAPK-p38 a été identifié comme une protéine de 38 kDa (p38) qui est rapidement phosphorylée sur des résidus tyrosines en réponse au LPS (lipopolysaccharide) (Han et al., 1994). Il existe en réalité quatre isoformes de p38 chez les mammifères, qui sont identiques à 60% dans leur séquence en aa: p38α, p38β, p38γ et p38δ.

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Les isoformes p38α et p38β sont exprimées de manière ubiquitaire, tandis que p38γ et p38δ ont une expression restreinte au muscle, à la peau, aux cellules rénales et aux glandes endocrines. La cascade de signalisation de p38 implique l’activation séquentielle des MAPK kinase kinases (MAP3K), tels que MTK1 (MAP three kinase 1), MLK-2 (mixed-lineage kinase-2), DLK (dual leucine zipper-bearing kinase), ASK1 (apoptosis signal-regulating kinase 1) et TAK1 (transforming growth factor-activated kinase 1) et des MKKS (mitogen-activated protein kinase kinase) dont MKK3, MKK4 et MKK6. Une activation MKK-indépendante de p38 a également été observée (Ashwell, 2006). De nombreux substrats de p38, y compris des protéines kinases à sérine/thréonine, des facteurs de transcription et des régulateurs du cycle cellulaire ont été identifiées (Han and Sun, 2007; Hui et al., 2007; Wagner and Nebreda, 2009)

b) La voie MAPK-JNK

Les kinases JNK1/2/3 ont été découvertes comme pouvant se lier et phosphoryler la protéine c-Jun et augmenter son activité transcriptionnelle. c-Jun est une composante du complexe de transcription AP-1 (activator protein 1), qui est un important régulateur de l’expression de gènes. AP-1 contribue au contrôle de plusieurs gènes de cytokines et est activé en réponse à un stress environnemental et facteurs de croissance. L’activation complète de JNK exige une double phosphorylation sur des résidus thréonine et tyrosine par les kinases MAP2K: MKK4/7 (Wada et al., 2004). Ces kinases ont été préalablement activées par les kinases MAP3K, tels que ASK1, TAK1, MEKK1, et MEKK4. Ces MAP3K sont activées par des kinases en amont, y compris Cdc42 et Rac1, qui dépendent d’une variété de récepteurs de détection du stress et de l’inflammation (Davis, 2000; Wagner and Nebreda, 2009). Par conséquent, une diversité de stimuli peut activer la voie MAPK-JNK. En plus du stress, la voie JNK est activée par des cytokines pro-inflammatoires comme l’interleukine-1β et le TNF-α, et des facteurs de croissance. De plus, la voie JNK peut être activée suite à l’activation du récepteur de type Toll (par exemple TLR-4 et TLR-9) par des pathogènes (Weston and Davis, 2007) ce qui joue un rôle important dans les réponses immunitaires innées.

c) La voie MAPK-Erk

La voie MAPK-Erk est une des voies de signalisation majeure de l’EGFR et elle est activée, après stimulation de l’EGFR, qui permet le recrutement direct de Grb2 aux tyrosines phosphorylées Y1068 et Y1086 via son domaine SH2 (Okutani et al., 1994). Cette interaction entraîne un changement de structure en trois dimensions de Sos, conduisant au recrutement de

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Ras-GDP et permettant son activation (Ras-GTP), qui à son tour se lie et active la kinase Raf (c-Raf ou Raf1, BRaf, or A-Raf), qui à son tour déclenche la phosphorylation de MEK (mitogen-activated ERK kinase) et Erk. Erk phosphorylée est transloquée dans le noyau et régule la transcription de différents facteurs, ainsi induisant la prolifération et la migration cellulaire (Hallberg et al., 1994; Liebmann, 2001; Sebolt-Leopold and Herrera, 2004) (Figure 11).

Figure 11: La plupart des RTK active les GTPases Ras. La plupart des membres de la famille des GTPases Ras résident à la membrane plasmique et font la navette entre les protéines inactives liées au GDP et actives liées au GTP. Les membres les mieux caractérisés sont KRas, HRas et NRas, qui sont codés par des proto-oncogènes puissants. Dans sa conformation activée, Ras-GTP peut se lier à un certain nombre de molécules effectrices, y compris la sérine/thréonine kinase Raf, la PI3K et d’autres protéines. Ras-GTP recrute ces protéines à la membrane, ce qui est crucial pour leur activation et la fonction de signalisation. Les trois membres de la famille Raf, ARaf, BRaf et Raf-1, se lient à Ras-GTP et c’est la première étape de leur processus d’activation. Alors que l’association à Ras-GTP pourrait suffire pour activer BRaf, à la fois Raf-1 et ARaf font l’objet d’une série complexe d’étapes d’activation qui n’ont pas été entièrement élucidées et impliquent des changements dans les niveaux de phosphorylation de protéines. Toutes les isoformes de Raf peuvent activer la kinase MEK en phosphorylant deux serines. BRaf est beaucoup plus efficace que Raf-1, qui est plus efficace qu’ARaf. Erk est le seul substrat connu de MEK, qui est activée par phosphorylation de deux résidus thréonine et tyrosine. Erk est considérée comme le principal effecteur de la voie des MAPK et a plus de 70 substrats connus qui comprennent des facteurs nucléaires de transcription, des protéines du cytosquelette, des protéines et des récepteurs de signalisation (Source: (Kolch, 2005)).

- La petite GTPAse HRas

La famille des petites GTPases Ras se compose de HRas, KRas et NRas. Les isoformes de Ras sont de petites GTPases de 21 kDa localisées à la surface interne de la membrane plasmique. Ce sont des protéines de liaison au GDP/GTP qui agissent comme des capteurs de signaux intracellulaires (Vetter and Wittinghofer, 2001). La forme active liée au GTP interagit avec une variété de protéines effectrices. Les gènes Ras sont des proto-oncogènes mutés dans différents types de cancers humains. La grande majorité de ces mutations oncogéniques affectent les résidus aa G12, G13 et, plus rarement, Q61 (Bamford et al., 2004).

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Ils provoquent l’accumulation de Ras dans l’état actif lié au GTP en portant atteinte à l’activité GTPase intrinsèque et conférant une résistance à l’inhibition.

Les mutations de HRas ont été principalement trouvés dans les carcinomes de la vessie et du sein (Fujita et al., 1984; Kraus et al., 1984). La mutation dans le codon 12 résulte en une glycine qui devient valine et active constitutivement le domaine GTPase et active la voie des MAPK.

Figure 12: Signalisation en amont de la GTPase Ras. L’état d’activation de Ras est contrôlé par le cycle de l’hydrolyse du GTP lié, qui est catalysée par des protéines GAP (GTPase activating proteins), et le remplacement du GDP lié par du GTP, ce qui est catalysé par la protéine GEF (guanine nucleotide exchange factor). Le mécanisme d’activation le plus étudié comprend l’assemblage de complexes de RTK autophosphorylés et activés avec le GEF SOS via la protéine adaptatrice Grb2 et, éventuellement, SHC, aboutissant au recrutement de SOS à la membrane plasmique, où Ras est situé. Plusieurs autres GEF existent qui ont un mécanisme de régulation distinct. De plus, un large éventail de GAP a été identifié pour Ras. (Source: (Downward, 2003)).