Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque

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1 Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence : Activité tyrosine kinase (TK) Ex : le récepteur au DGF, à l EGF ou les récepteurs aux cytokines Activité sérine/thréonine kinase Ex : le récepteur au TGF Activité tyrosine phosphatase Ex : CD45 Activité guanylate cyclase Ex : Récepteur à l ANF (Atrial Natriuretic factor)

2 Les récepteurs à activité tyrosine kinase Formés de polypeptides qui ont une activité tyrosine kinase dans leur domaine cytoplasmique Constitués de 13 familles de plus d un membre et de six Rc uniques La plupart sont formés d une seule chaîne polypeptidique Lient une grande variété de ligand comme l EGF qui stimule la prolifération et la différenciation des cellules épithéliales ou le DGF que stimule la croissance des cellules musculaires et gliales

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4 Découverts par des biais très différents EGF par un test biologique qui entraîne l ouverture prématurée des paupières des souriceaux erbb, récepteur de l EGF a été découvert lors de la recherche de nouveaux oncogènes D autres, en recherchant des mutations qui affectent le développement de la mouche ou du ver. Le plus connu; sevenless Code pour un récepteur tyrosine kinase apparenté au récepteur de l insuline Des mutations dans ce gène entrainent l incapacité de la drosophile à former la cellule hotoreceptrice 7 de l œil

5 hotoreceptor differentiation in Drosophila melanogaster

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7 Eye Development in Drosophila Furrow proliferating pluripotent cells post mitotic differentiating cells

8 Development of the Drosophila Compound Eye

9 sevenless mutants are UV-blind, lack the R7 photoreceptor cell The sevenless gene encodes a Receptor Tyrosine Kinase

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11 Les ligands des RTK Epidermal Growth factor (EGF) Insulin Growth factor (IGF 1 et 2) Nerve Growth factor (NGF) latelet-derived Growth factor (DGF) Macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) Fibroblast Growth factor (FGF) Récepteur à l EGF (EGFR) Récepteur à l IGF1 (IGF1 R) Récepteur au NGF (NGFR) Récepteur au DGF (DGFR) Récepteur au M-CSF (M-CSFR) Récepteur au FGF (FGFR) Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires Stimule la croissance cellulaire et la survie Stimule la croissance cellulaire et la survie de nombreux neurones Stimule la croissance, la survie et la prolifération de nombreux types cellulaires Stimule la prolifération des monocytes/macrophages et la différenciation Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires et inhibe la différenciation de certains précurseurs cellulaires

12 Ces Rc ont pour caractéristique commune un domaine cytoplasmique à activité kinase dont la fonction est de phosphoryler des tyrosines. Ces domaines sont repliés de la même manière que les protéines kinases non recépteur Toutes possèdent des extensions qui comportent un grand nombre de résidus Tyrosine qui sont transphosphorylés dans les récepteurs dimériques Cela créé des sites de liaison de phosphotyrosine pour les protéines adaptatrices et effectrices en aval.

13 L activation du récepteur RTK La liaison des ligands aux récepteurs dimériques active les récepteurs tyrosines kinases Soit en modifiant la conformation d un dimère préformé Soit en entraînant la formation de dimères de récepteurs à partir d une population de sous unités diffusant dans le plan de la membrane

14 La dimérisation du récepteur RTK DGF Dimérisation du récepteur La fixation du ligand induit une dimérisation (ou oligomérisation du récepteur)

15 DGF DGF Activation de l activité kinase La dimérisation ou le changement de conformation induisent un rapprochement des domaines kinases cytoplasmiques Cette juxtaposition permet à chaque kinase de phosphoryler sa voisine sur des tyrosines spécifiques La première et la plus importante est la phopshorylation d une tyrosine située dans la boucle d activation du domaine catalytique

16 Soit en modifiant la conformation d un dimère préformé

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18 Domaines de reconnaissance des résidus tyrosines phosphorylées hosphorylation de tyrosines du domaine porteur de l activité kinase Contrôle de l activité kinase du récepteur hosphorylation de tyrosines dans des zones non catalytiques Sites de liaison des domaines SH2 (Sarc homology 2) ou TB (phosphotyrosine binding) présents au sein de nombreuses protéines

19 Interaction tyrosine phosphorylée / domaine SH2 Jaune : récepteur avec la tyrosine phosphorylée (groupement phosphate en rouge) Blanc: domaine SH2 Le phosphate est chargé négativement. Il vient s insérer dans la poche positive du domaine SH2

20 Les domaines SH2 Lient des courtes séquences peptidiques qui contiennent une phosphotyrosine Deux points de contact 1. La phosphotyrosine Tyr-ph AA1 AA2 AA SH2 2. Chaine latérale hydrophobe du troisième AA (pour la spécificité de la liaison entre différents récepteurs et différentes protéines à domaines SH2 Interactions SH2 et protéines cibles relativement faibles (Kd 0,1 à 1 mm) Facilite les échanges rapides de parténaires et la déphoshorylation de la tyrosine Néanmoins spécificité car une protéine à domaine SH2 ne se lie qu à un nombre limité de phosphoprotéines cibles

21 ourquoi SH2? Car une liaison intramoléculaire du domaine SH2 de src à une phosphotyrosine C terminale qui régule l activité catalytique de l enzyme.

22 Les domaines TB Le repliement des domaines TB et leur mode d interaction avec les peptides des ligands n ont rien en commun avec les domaines SH2.

23 Activation des voies de signalisation Induction de la cascade d activation intracellulaire Recrutement de médiateur à la membrane via une interaction domaine SH2/tyrosine phosphorylée

24 Les grandes voies de signalisation induites DGF Voie des MA kinases Voie de la I3 kinase/akt Activation des facteurs de transcription et expression des gènes rolifération

25 La voie de la I3-kinase/Akt La protéine I3-kinase est constitué de deux sous-unités : une sous-unité régulatrice, p85: elle contient deux domaines SH2 une sous-unité catalytique p110 DGF La I3kinase est recrutée au niveau du récepteur via les domaines SH2 qui constituent sa sous unité régulatrice I3K p85 p110

26 L activation de la I3-kinase L association de la I3- kinase au tyrosine phosphorylée du récepteur induit une modification conformationnelle de la protéine Activation de la sousunité catalytique de la I3-kinase

27 La I3-kinase phosphoryle les lipides membranaires Les lipides membranaires ainsi phosphorylés jouent le rôle de 2nd messagers I3 généré à partir de I2

28 L activation de la protéine Akt (KB) Les lipides membranaires phosphorylées (I3) servent de point d ancrage à deux protéines kinase: les phosphoinositide-dependent kinase, la DK1 et Akt AKT DK1

29 L activation de la protéine Akt (KB) L interaction se fait via des domaines particuliers appelés domaines H (domaine leckstrin homologie) L interaction de Akt avec les lipides permet un changement de conformation. Akt peut alors être phosphorylé et donc activé par DK1

30 Akt induit la prolifération Akt induit la prolifération cellulaire de différentes façons: 1) il induit l activation du cycle cellulaire 2) il active des facteurs de transcription qui vont permettent l expression de gènes impliqués dans la prolifération 3) il bloque l apoptose

31 Akt bloque la dégradation de la cycline D GSK3β Actif Akt GSK3β Inactif Cycline D Cycline D prolifération Ubiquitination et dégradation de la protéine Akt inhibe la phosphorylation de la cycline D en inhibant la kinase GSK3β. Il bloque ainsi la dégradation de la cycline D

32 Akt active le facteur de transcription NF-κB I-κB I-κB est un inhibiteur du facteur de transcription NF-κB NF-κB Le facteur de transcription reste dans le cytoplasme Akt hosphorylation de I-κB Dégradation de I-κB Libération de NF-κB NF-κB migre dans le noyau et induit l activation des gènes

33 Rétrocontrôle de la voie I3-Kinase/Akt I2 Akt TEN I3 TEN déphosphoryle les lipides membranaires Décrochage de Akt de la membrane plasmique Inactivation de Akt et arrêt du signal

34 La voie I3-kinase/Akt et cancers Dans des conditions normales :

35 La voie I3-kinase/Akt et cancers Dans les gliomes (tumeurs cérébrales), TEN est inactivé TEN est un gène suppresseur de tumeur

36 Résumé DGF Voie de la I3 kinase/akt Voie des MA kinases Active le facteur NF-kB Augmente la quantité de cycline D rolifération

37 La voie des MAK (Mitogen Activated protein kinase) Chez les Mammifères, la voie des MAK se divisent en 4 sousfamilles: la voie Erk1/2 (extracellular signal-regulated kinase) la voie p38 la voie Erk5 la voie Jnk (Jun kinase) L activation de ces différentes voies dépend du type cellulaire et du signal extracellulaire impliqué

38 La cascade d activation des MAK Les MAK sont activées par une cascade de protéines kinases Stimulus Facteur de croissance Activateur Ras Rac MKKK Raf MEKK1 MKK MKK1 MKK4 MAK Erk1/2 Jnk Substrat Elk1 c-jun

39 La voie Erk1/2 DGF Interaction avec les tyr du récepteur Domaine SH2 p110 I3K p85 Grb2 sos Domaine SH3 Interaction avec la région riche en proline de Sos Grb2 est un adaptateur qui permet le recrutement la protéine Sos à la membrane au niveau du récepteur

40 Activation de Ras par Sos DGF Grb2 sos ras GD Inactif ras GT Actif Sos est un facteur d échange de nucléotides guanine (GEF) qui permet l activation de ras

41 Activation de Raf par Ras Inactif L association de ras avec Raf modifie l interaction entre Raf et les protéines du cytoplasme Raf adopte une conformation active actif

42 Activation de Erk1/2 Raf = MKKK Mise en place d un cascade de phosphorylation par des protéines sérine/thréonine kinases Raf actif MKK1 inactif MKK1 actif Erk1/2 inactif Erk1/2 actif Migration dans le noyau de la cellule

43 Erk1/2 induit l expression de c-fos Erk1/2 noyau Erk1/2 Elk1 Facteur de transcription inactif Elk1 actif Elk1 ++ Expression de c-fos Gène c-fos

44 La voie des Jnk Ras Facteur de croissance Rac Rac comme Ras est une petite GTase Raf MKK1 MEKK1 MKK4 Rac GD Inactif Erk1/2 Jnk Rac GT Actif Elk1 c-jun

45 La voie des Jnk MEKK1 Inactif Rac MEKK1 actif MKK4 inactif MKK4 actif Jnk inactif Jnk actif Migration dans le noyau de la cellule

46 Comment se fait l activation de Rac? Rac Inactif GD Vav, Sos Rac actif GT Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside exchange factor) capable d activer Rac

47 Comment se fait l activation de ces GEF? Il existe différentes voies d activation Vav possède un domaine H (domaine leckstrin homologie). Il peut ainsi être activé par la I3-K I3 Vav Domaine H Activation de Vav La voie des MAK et la voie de la I3-K sont interdépendantes

48 Jnk phosphoryle le facteur de transcription c-jun Une fois activé, Jnk migre dans le noyau ou il induit la phosphorylation de c-jun sur deux résidus sérines

49 Les MAKs stimulent le facteur de transcription A1 Le facteur de transcription A1: c-fosc-jun Erk1/2 Jnk cytoplasme noyau Erk1/2 Jnk Induction de l expression c-fos c-fos c-jun hosphorylation de c-jun Activation du facteur de transcription A1

50 A1 active l expression du gène de la cycline D - Gène cycline D c-fos c-jun Gène cycline D Cycline D Cycline D Cycline D Cycline D Cycline D Activation du cycle cellulaire

51 Résumé DGF Voie des MAKs Active Jnk hosphoryle c- jun Active Erk1/2 Induit c-fos Active le facteur A1 Induit l expression de la cycline D Active le facteur NF-kB Voie de la I3 kinase/akt Augmente la quantité de cycline D rolifération

52 Voie des MAKs et Cancer Dans de nombreux cancers, Ras présentent une mutation ponctuelle, qui le rend constitutivement actif Ras muté et autoactif MAK toujours actives rolifération Ras est un ONCOGENE

53 Les récepteurs aux cytokines Les récepteurs aux cytokines n ont pas d activité kinase intrinsèque, ils sont associées à des protéines kinases cytoplasmiques Les cytokines sont des petites protéines qui contrôle la réponse immunitaire. Elles peuvent induire différentes réponses biologiques: inflammation, prolifération ou encore différenciation Les études sur les voies de signalisation suite à une stimulation par les récepteurs aux cytokines ont permis de caractériser la voie Jak/STAT

54 L exemple de l IL-6 IL-6 IL-6 Jak Jak Jak Jak Jak Les protéines kinases Jak sont constitutivement associées aux récepteurs Dimérisation du récepteur activation des protéines Jak par transphophorylation

55 L activation des facteurs STAT3 IL-6 IL-6 Jak Jak Jak Jak Stat3 Stat3 Domaine SH2 Les JAK phosph active par phosph les parties intra du Rc créant un «docking site» pour les SH2 des STAT Les protéines kinases Jak phosphorylent les facteurs Stat3 sur un résidu tyrosine

56 L activation des facteurs STAT3 IL-6 Dimérisation des protéines Stat3 Stat3 Stat3 Jak Jak Stat3 Translocation nucléaire noyau La phosphorylation des Stat déclenche leur détachement du Rc Stat3 Stat3

57 Les facteurs STAT3 activent l expression des gènes - Gène cible Stat3 Stat3 + + armi les gènes cibles de Stat3 se trouvent de nombreux gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire

58 La voie Jak/Stat et Cancer Le facteur de transcription Stat3 est constituvement actif dans de nombreux cancers cdna Stat3 cis Les cellules forment des colonies en milieu agar Fibroblaste de souris Transfection Elles induisent la formation de tumeurs dans des souris nude Les facteurs de transcription STAT3 sont impliqués dans le processus d oncogenèse

59 Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en évidence : Activité tyrosine kinase (TK) Ex : le récepteur au DGF, à l EGF ou les récepteurs aux cytokines Activité sérine/thréonine kinase Ex : le récepteur au TGF Activité tyrosine phosphatase (Tase) Ex : CD45 Activité guanylate cyclase Ex : Récepteur à l ANF (Atrial Natriuretic factor)

60 Le récepteur au TGFβ TGFb : Transforming growth factor β Le récepteur au TGFβ est constitué de deux sous unités différentes TβR-I TβR-II Domaine intracellulaire à activité kinase + + Autophosphorylation - + hosphorylation de l autre sous-unité - + TβR-II TβR-I hosphorylation des Smad + -

61 L activation du récepteur au TGFβ TGFβ TβR-II TβR-I Le TGFβ induit un rapprochement des chaines réceptrices Activation de l activité kinase de TβR-II hosphorylation et activation de l activité kinase de TβR-I

62 L activation des facteurs de transcription Smad Smad2/3 Smad2/3 Smad2/3 Smad4 Hétéro dimérisation Activation de la transcription Smad2/3 Smad4 Translocation nucléaire Smad2/3 Smad4 + +

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