Les récepteurs à activité enzymatique intrinsèque
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Les récepteurs à activité enzymatique
intrinsèque
Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en
évidence :
•Activité tyrosine kinase (PTK)
Ex : le récepteur au PDGF, 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)
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
Ils lient une grande variété de ligand comme l’EGF qui stimule la
prolifération et la différenciation des cellules épithéliales ou le PDGF
que stimule la croissance des cellules musculaires et gliales
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 Photoreceptrice 7 de l’œil
Photoreceptor differentiation in Drosophila
melanogaster
Eye Development in Drosophila
Furrow
proliferating pluripotent cells post mitotic differentiating cells
Development of the Drosophila Compound Eye
sevenless mutants are UV-blind, lack the R7 photoreceptor cell The sevenless gene encodes a Receptor Tyrosine Kinase
Les ligands des RTK
Epidermal Growth factor Récepteur à l’EGF Stimule la prolifération de
(EGF) (EGFR) nombreux types cellulaires
Insulin Growth factor Récepteur à l’IGF1 Stimule la croissance cellulaire
(IGF 1 et 2) (IGF1 R) et la survie
Nerve Growth factor Récepteur au NGF Stimule la croissance cellulaire
(NGF) (NGFR) et la survie de nombreux
neurones
Platelet-derived Growth Récepteur au Stimule la croissance, la survie
factor (PDGF) PDGF (PDGFR) et la prolifération de nombreux
types cellulaires
Macrophage-colony Récepteur au Stimule la prolifération des
stimulating factor M-CSF (M-CSFR) monocytes/macrophages et la
(M-CSF) différenciation
Fibroblast Growth factor Récepteur au Stimule la prolifération de
(FGF) FGF (FGFR) nombreux types cellulaires et
inhibe la différenciation de
certains précurseurs cellulairesCes 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.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 membraneLa dimérisation du récepteur RTK
PDGF
Dimérisation du
récepteur
La fixation du ligand induit une dimérisation
(ou oligomérisation du récepteur)PDGF PDGF
P
P
P
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 catalytiqueSoit en modifiant la conformation d’un dimère préformé
Domaines de reconnaissance des résidus
tyrosines phosphorylées
• Phosphorylation de tyrosines du domaine
porteur de l’activité kinase
Contrôle de l’activité kinase du
récepteur
• Phosphorylation de tyrosines dans des zones non
P P catalytiques
P
Sites de liaison des domaines SH2
(Sarc homology 2) ou PTB
(phosphotyrosine binding) présents au
sein de nombreuses protéinesInteraction 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 SH2Les domaines SH2
Lient des courtes séquences peptidiques qui
contiennent une phosphotyrosine
Deux points de contact Tyr-ph SH2
AA1
1. La phosphotyrosine AA2
AA3-----
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 ciblesPourquoi SH2? Car une liaison intramoléculaire du domaine SH2 de src à une phosphotyrosine C terminale régule l’activité catalytique de l’enzyme.
Les domaines PTB Le repliement des domaines PTB et leur mode d’interaction avec les peptides des ligands n’ont rien en commun avec les domaines SH2.
Activation des voies de signalisation
Induction de la cascade
d’activation
intracellulaire
P P P P
P P
Recrutement de médiateur à la
membrane via une interaction
domaine SH2/tyrosine
phosphoryléeLes grandes voies de signalisation induites
PDGF
Voie des MAP P
P Voie de la PI3
kinases P kinase/Akt
Activation des facteurs de transcription et
expression des gènes
ProliférationLa voie de la PI3-kinase/Akt
La protéine PI3-kinase est constitué de deux sous-unités :
• une sous-unité régulatrice, p85: elle contient deux domaines SH2
• une sous-unité catalytique p110
PDGF
La PI3kinase est recrutée au
niveau du récepteur via les
domaines SH2 qui constituent sa
sous unité régulatrice
P PI3K
P
p110
P p85L’activation de la PI3-kinase
L’association de la PI3-
kinase au tyrosine
phosphorylée du récepteur
induit une modification
conformationnelle de la
protéine
Activation de la sous-
unité catalytique de la
PI3-kinaseLa PI3-kinase phosphoryle les lipides
membranaires
Les lipides membranaires ainsi phosphorylés jouent
le rôle de 2nd messagers
PIP3 généré à partir de PIP2L’activation de la protéine Akt (PKB)
Les lipides membranaires phosphorylées (PIP3)
servent de point d’ancrage à deux protéines kinase:
les phosphoinositide-dependent kinase, la PDK1 et
Akt
AKT PDK1L’activation de la protéine Akt (PKB)
• L’interaction se fait via des domaines particuliers appelés
domaines PH (domaine Pleckstrin homologie)
• L’interaction de Akt avec les lipides permet un changement
de conformation. Akt peut alors être phosphorylé et donc
activé par PDK1Akt 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’apoptoseAkt bloque la dégradation de la cycline D
Akt P
GSK3β GSK3β
Actif Inactif
P
Cycline D Cycline D
Ubiquitination et dégradation
prolifération de la protéine
Akt inhibe la phosphorylation de la cycline D en inhibant la kinase
GSK3β. Il bloque ainsi la dégradation de la cycline DAkt active le facteur de transcription NF-κB
I-κB est un inhibiteur du
facteur de transcription NF-κB
I-κB
NF-κB
Le facteur de transcription reste
dans le cytoplasme
Akt Phosphorylation de I-κB
Dégradation de I-κB
Libération de NF-κB NF-κB migre dans le
noyau et induit
l’activation des gènesRétrocontrôle de la voie PI3-Kinase/Akt
Akt
PIP2 PIP3
PTEN
PTEN déphosphoryle les lipides membranaires
Décrochage de Akt de la membrane plasmique
Inactivation de Akt et arrêt du signalLa voie PI3-kinase/Akt et cancers Dans des conditions normales :
La voie PI3-kinase/Akt et cancers
Dans les gliomes (tumeurs cérébrales), PTEN est inactivé
PTEN est un gène suppresseur de tumeurRésumé
PDGF
Voie de la PI3
kinase/Akt
Voie des MAP P
kinases P
P
Augmente la
Active le facteur quantité de
NF-kB cycline D
ProliférationLa voie des MAPK (Mitogen Activated protein kinase)
Chez les Mammifères, la voie des MAPK se divisent en 4 sous-
familles:
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 impliquéLa cascade d’activation des MAPK Les MAPK sont activées par une cascade de protéines kinases Stimulus Facteur de croissance Activateur Ras Rac MKKK Raf MEKK1 MKK MKK1 MKK4 MAPK Erk1/2 Jnk Substrat Elk1 c-jun
La voie Erk1/2
PDGF Interaction avec les Ptyr du
récepteur
Domaine SH2
PI3K P
P Domaine SH3
p110 p85 P P Grb2 sos
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 récepteurActivation de Ras par Sos
PDGF
P ras ras
P GDP GTP
P P Inactif Actif
Grb2 sos
Sos est un facteur d’échange de nucléotides guanine
(GEF) qui permet l’activation de rasActivation de Raf par Ras
L’association de ras
avec Raf modifie
l’interaction entre
Raf et les protéines
Inactif 14-3-3 du
cytoplasme
Raf adopte une
conformation active
actifActivation de Erk1/2
Raf = MKKK
Mise en place d’un cascade de phosphorylation par des protéines
sérine/thréonine kinases
Raf
actif
P
MKK1 MKK1
inactif actif
P
Erk1/2 Erk1/2
inactif actif
Migration dans le noyau de la celluleErk1/2 induit l’expression de c-fos
P
Erk1/2
noyau
P
Erk1/2
P
Elk1 Elk1
Facteur de transcription actif
inactif
P
Elk1 ++ Expression de
Gène c-fos c-fosLa voie des Jnk
Facteur de croissance
• Rac comme Ras est une
petite GTPase
Ras Rac
Raf MEKK1
Rac GDP
Inactif
MKK1 MKK4
Erk1/2 Jnk GTP Actif
Rac
Elk1 c-junLa voie des Jnk
MEKK1
Inactif
Rac
MEKK1
actif
P
MKK4 MKK4
inactif actif
P
Jnk Jnk
inactif actif
Migration dans le noyau de la celluleComment se fait l’activation de Rac ?
GDP GTP
Rac Rac
Vav, Sos
Inactif actif
Vav et Sos sont des GEF (Guanine nucleoside
exchange factor) capable d’activer RacComment se fait l’activation de ces GEF ?
Il existe différentes voies d’activation
• Vav possède un domaine PH (domaine Pleckstrin homologie).
Il peut ainsi être activé par la PI3-K
PIP3
Domaine PH
Vav
Activation de Vav
La voie des MAPK et la voie de la PI3-K sont
interdépendantesJnk 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 sérinesLes MAPKs stimulent le facteur de transcription AP1
Le facteur de transcription AP1: c-fosc-jun
P P
Erk1/2 Jnk
cytoplasme
noyau
P P
Erk1/2 Jnk
Induction de Phosphorylation de
l’expression c-jun
P
c-fos c-fosc-jun Activation du facteur de
transcription AP1AP1 active l ’expression du gène de la cycline D
-
Gène cycline D
P
c-fos c-jun
Gène cycline D
Cycline D Cycline D
Cycline D Cycline D
Cycline D
Activation du cycle cellulaireRésumé
PDGF
Voie des MAPKs
Active
Active Jnk Erk1/2 Voie de la PI3
kinase/Akt
Phosphoryle c- Induit
c-fos P
jun P
P
Augmente la
Active le facteur AP1 quantité de
Active le facteur
cycline D
NF-kB
Induit l’expression de
la cycline D
ProliférationVoie des MAPKs et Cancer
Dans de nombreux cancers, Ras présentent une mutation
ponctuelle, qui le rend constitutivement actif
Ras muté et MAPK toujours Prolifération
autoactif actives
Ras est un ONCOGENELes 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/STATL ’exemple de l’IL-6
IL-6 IL-6
Jak Jak Jak Jak
Jak
P P
Les protéines kinases Dimérisation du
Jak sont récepteur activation des
constitutivement protéines Jak par
associées aux transphophorylation
récepteursL ’activation des facteurs STAT3
IL-6 IL-6
Jak Jak Jak Jak
P P P P
Stat3 Stat3 P
Domaine SH2
Les JAK phosph active par
Les protéines kinases Jak
phosph les parties intra du Rc
phosphorylent les facteurs
créant un « docking site » pour
Stat3 sur un résidu tyrosine
les SH2 des STATL ’activation des facteurs STAT3
IL-6
Dimérisation
des protéines Stat3
Stat3 P P
Stat3
Jak Jak noyau
Translocation
P P nucléaire
Stat3 P
La phosphorylation des Stat Stat3
déclenche leur détachement du P P
Rc Stat3Les facteurs STAT3 activent l’expression
des gènes
-
Gène cible
Stat3
P P +
Stat3
+
Parmi les gènes cibles de Stat3 se trouvent de
nombreux gènes impliqués dans la régulation du cycle
cellulaireLa voie Jak/Stat et Cancer
Le facteur de transcription Stat3 est constituvement actif dans
de nombreux cancers
Les cellules forment des
cDNA Stat3 cis colonies en milieu agar
Elles induisent la
Transfection
Fibroblaste de formation de tumeurs
souris dans des souris nude
Les facteurs de transcription STAT3 sont impliqués dans le
processus d’oncogenèseLes récepteurs à activité
enzymatique intrinsèque
Différentes activités enzymatiques intrinsèques ont été mise en
évidence :
• Activité tyrosine kinase (PTK)
Ex : le récepteur au PDGF, à l’EGF ou les récepteurs aux cytokines
• Activité sérine/thréonine kinase
Ex : le récepteur au TGF
• Activité tyrosine phosphatase (PTPase)
Ex : CD45
• Activité guanylate cyclase
Ex : Récepteur à l’ANF (Atrial Natriuretic factor)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 - +
Phosphorylation de
l’autre sous-unité - +
TβR-II TβR-I Phosphorylation des + -
SmadL’activation du récepteur au TGFβ
TGFβ
P
TβR-II TβR-I Le TGFβ induit un
rapprochement des Phosphorylation
chaines réceptrices et activation de
l’activité kinase
de TβR-I
Activation de l’activité
kinase de TβR-IIL’activation des facteurs de
transcription Smad
Smad2/3 P
P Smad2/3
Smad4 Translocation
nucléaire
P Hétéro
Smad2/3 dimérisation
P
Smad2/3
Activation de la Smad4
transcription P
Smad2/3
Smad4 +
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