1 - Présentation
Les voies de signalisation MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) sont des cascades de signalisation conservées au cours de l’évolution qui régulent des fonctions cellulaires aussi variées que la progression du cycle cellulaire, la prolifération, la différenciation, l’apoptose, la migration, la transcription etc… Elles sont ainsi impliquées dans un grand nombre de processus physiologiques allant de la réponse hormonale jusqu’au développement de la
dérégulation conduit à l’apparition de nombreuses maladies, comme le diabète, des maladies cardio-vasculaires ainsi que différents cancers (Dhillon et al., 2007; Kim and Choi, 2010). Différents couples ligands-récepteurs permettent d’activer une cascade de signalisation conduisant à l’activation séquentielle par phosphorylation de trois protéines kinases. La MAPK kinase kinase (MAPKKK) active par phosphorylation une MAPK kinase (MAPKK) qui, à son tour, phosphoryle la MAPK. Cette dernière est capable de phosphoryler de très nombreuses cibles, aussi bien cytoplasmiques que nucléaires (Figure 6). Le résultat de l’activation d’une voie MAPK dépend des cibles qu’elle phosphoryle, celle-ci étant exprimées différemment selon le type cellulaire (Ramos, 2008).
Il existe trois classes de protéines MAPK répondant à différents types de stimuli. Les kinases p38 et JNK (aussi appelées SAPK) sont activées principalement par le stress, tandis que les MAPK ERK répondent à l’action de facteurs mitogènes tels que des facteurs de croissance. Chez la drosophile, il existe une seule MAPK ERK codée par le gène rolled. Celle-ci peut être activée par un récepteur à activité tyrosine kinase tel que le récepteur à l’EGF DER (Drosophila EGF Receptor), qui contrôle de nombreux processus au cours du développement. DER possède quatre ligands activateurs différents (Spitz, Keren, Gurken, Vein) ainsi qu’un ligand inhibiteur (Argos) (Shilo, 2003). Spitz, Keren et Gurken sont des ligands trans-membranaires qui doivent être clivés pour se fixer à DER (Ghiglione et al., 2002; Reich and Shilo, 2002; Schweitzer et al., 1995). Ce clivage est assuré par un couple de protéines, Star et Rhomboid (Rho) (Bang and Kintner, 2000). Star est requise pour le transport du ligand du réticulum endoplasmique à l’appareil de Golgi où il est clivé par Rho, une sérine-protéase (Tsruya et al., 2002). Alors que Star est exprimée de façon assez homogène, l’expression de Rho présente une spécificité tissulaire et constitue donc un élément limitant de l’activation de la voie (Sturtevant et al., 1993). De plus, rho est lui-même
Figure 6 : Schéma simplifié de la voie MAPK ERK
La fixation d’un ligand au récepteur, tel que le récepteur à l’EGF, induit l’auto-phosphorylation du récepteur sur de multiples résidus tyrosine. Cette activation induit la transformation de Ras-GDP en Ras-GTP (via une protéine à domaine SH2 et un facteur d’échange SOS non représentés sur le schéma), ce qui permet le recrutement et l’activation de la MAPKKK Raf. Celle-ci phosphoryle et active la MAPKK MEK qui fait alors de même avec la MAPK ERK. ERK activée peut phosphoryler plus de 100 substrats cytoplasmiques ou nucléaires. Dans ce dernier cas, un dimère de ERK activée est transloqué dans le noyau et y phosphoryle notamment des facteurs de transcription. L’activation de cette voie de signalisation nécessite l’intervention de protéines d’échafaudage, dont deux exemples (KSR et MP1) sont représentés, liés aux kinases.
une cible transcriptionnelle de la voie, permettant une auto-amplification du signal (Sapir et al., 1998). Le dernier ligand, Vein, est une protéine sécrétée possédant une activité activatrice plus faible que les ligands trans-membranaires (Schnepp et al., 1996). Enfin, Argos est un ligand sécrété qui inhibe l’activation du récepteur et entre en compétition avec les activateurs. Ce dernier est induit en réponse à l’activation de la voie et permet de réguler le niveau d’activation (Golembo et al., 1996).
2 - Les protéines d’échafaudage
Les voies MAPK font également intervenir des protéines d’échafaudage qui permettent une régulation spatiale et temporelle de l’activation. Ces protéines favorisent les interactions entre les différentes kinases, ce qui facilite leur phosphorylation et régule l’intensité du signal. Elles permettent également d’adresser les complexes de kinases à différents compartiments sub-cellulaires (Brown and Sacks, 2009). La stœchiométrie entre les protéines d’échafaudage et les kinases est primordiale pour leur efficacité. Ainsi, une expression trop faible ne sera pas suffisante pour la formation des complexes alors qu’une expression trop forte conduit à la formation de complexes incomplets (Ramos, 2008). Dans le cas de la voie ERK, une des protéines d’échafaudage est KSR. Elle forme un complexe avec Ras, MEK et ERK et permet une activation maximale de la voie (Nguyen et al., 2002; Roy et al., 2002). De plus, son interaction avec la protéine LSP1 permet l’adressage de MEK et ERK au cytosquelette d’actine (Harrison et al., 2004). Sef et MP1 (MEK Partner 1) sont deux protéines d’échafaudage fixant MEK1 et ERK1 et facilitant l’activation de la seconde par la première. Elles permettent l’adressage du complexe ainsi formé à l’appareil de Golgi et aux endosomes respectivement (Schaeffer et al., 1998; Teis et al., 2002; Torii et al., 2004).
Figure 7: La MAPK Hog1 est une plate-forme d’assemblage sur la chromatine de co-facteurs qui contrôlent la transcription
En condition de stress osmotique, Hog1 est activée et transloquée dans le noyau. Elle est recrutée, avec sa protéine d’échafaudage Ste5p, sur les promoteurs des gènes de réponse au choc osmotique où elle phosphoryle les facteurs de transcription déjà présents. Hog1 recrute alors un grand nombre de co-facteurs nécessaires à l’initiation de la transcription comme l’histone acétylase Rpd3, la déubiquitinylase Ubp3 et les complexes SAGA et Mediator. Hog1 et Ste5p sont aussi fixés le long de la séquence transcrite du gène où elles contrôlent l’élongation de la transcription. Pour cela, elles recrutent différents facteurs d’élongation (Spt4, TFIIS, Paf1 et Thp1) ainsi que le complexe de remodelage de la chromatine RSC. (D’après Proft et al., 2006).
Après leur activation, les MAPK peuvent passer dans le noyau et y phosphoryler de nombreuses cibles dont des facteurs de transcription. Plusieurs exemples chez différents organismes montrent qu’elles peuvent être recrutées directement sur la chromatine pour y phosphoryler ces facteurs de transcription déjà en place, mais aussi d’autres protéines de la chromatine.