Chapitre 2 : Récepteurs couplés à des enzymes

2.3.5    Décrivez le mécanisme par lequel les RTK inactifs sont convertis en RTK actifs.

Pour ce mécanisme, nous supposerons que les RTK se présentent initialement sous forme monomérique inactive.  Lorsqu’un ligand approprié se lie au récepteur au niveau du domaine de liaison du ligand extracellulaire, cela entraîne un changement conformationnel qui convertit le RTK inactif à la forme active et facilite le regroupement de deux RTK monomériques. Ces deux monomères sont placés à proximité l’un de l’autre, ce qui entraîne la formation d’un dimère.

Rappelez-vous que le domaine TK se trouve dans la partie cytosolique du récepteur. Une fois que le dimère s’est formé, les domaines TK sont positionnés de manière à exécuter la « trans-autophosphorylation ». C’est à ce moment qu’un domaine TK d’un monomère phosphoryle des résidus de tyrosine ciblés situés sur le monomère opposé. Cette « trans-phosphorylation » convertit le domaine kinase en domaine kinase actif, et le RTK inactif est converti en RTK actif.

2.3.6    Les RTK ont-ils une activité enzymatique allostérique?

Oui, la liaison du ligand (p. ex., facteur de croissance épidermique, EGF) au domaine de liaison du ligand du récepteur (p. ex., récepteur du facteur de croissance épidermique, récepteur EGF) provoque des changements conformationnels, activant finalement l’activité enzymatique du RTK (figure 2.2). De cette façon, les signaux externes à la cellule sont transmis à l’intérieur de celle-ci, sans que la molécule ou l’hormone traverse la membrane.

2.3.7     Un RTK muté n’a pas de domaine de liaison du ligand, mais continue de produire une réponse cellulaire.  Fournissez une conséquence négative potentielle de cette mutation.

Dans ce RTK muté, on suppose que les domaines transmembranaire et cytoplasmique sont intacts sur le plan fonctionnel et structurel. Cependant, comme le domaine de liaison du ligand est absent, il n’y a pas de réponse de régulation et le RTK n’est plus sensible au ligand qui y est associé. Dans ce cas, le récepteur sera dans un état « actif » perpétuel ou constitutivement actif. Il y a une conséquence négative à cela, à savoir qu’un récepteur indépendant du ligand peut entraîner une hyperphosphorylation et une hyperactivation des voies RTK en aval. En fait, il a été démontré que 30 % des cancers humains présentaient des RTK hyperactivés ou surexprimés (Ségaliny et coll., 2015).

2.3.8     Si le R-EGF recrute la SHP-2, prédisez l’incidence que la SHP-2 aurait.

    a. Elle inhiberait l’activité du R-EGF.
b. Elle activerait le R-EGF.

Comme nous l’avons déjà mentionné, la SHP-2 est un phosphatase. À proximité du R-EGF, elle éliminerait probablement le groupement du R-EGF (Lemmon et Schlessinger, 2010), ce qui réduirait l’activité de ce RTK.

2.3.9    Décrivez un objectif clé des résidus de phospho-tyrosine dans les voies de signalisation.

Après la trans-autophosphorylation, les RTK possèdent des résidus de phospho-tyrosine. Ces résidus fonctionnent comme des sites pour permettre la liaison et le recrutement de protéines de signalisation précises. Les régions du RTK qui contiennent les résidus de phospho-tyrosine sont également appelées sites d’interaction ou sites de liaison. Les protéines de signalisation qui se lient à cette région possèdent des domaines de liaison phospho-tyrosine.

2.3.10     Où se trouve l’emplacement du domaine de liaison du ligand dans l’IR?

    a. Région extracellulaire
b. Partie transmembranaire du récepteur
c. Région intracellulaire

Certains RTK, comme l’IR, existent sous forme de dimères dans la forme inactive. Comme d’autres RTK, tel que le R-EGF, le domaine de liaison du ligand se trouve dans le domaine extracellulaire (figure 2.4).

2.3.11     Quel acide aminé ou quels acides aminés forment des ponts disulfures dans les milieux oxydants?

    a. Sérine
b. Méthionine
c. Cystéine
d. Cystéine et méthionine
e. Cystéine, méthionine et sérine

L’IR contient des ponts disulfures formés de deux résidus de cystéine.

2.3.12     Comment l’IR est-il converti de dimère inactif en dimère actif?

Comme d’autres RTK, le ligand se lie au récepteur et cette interaction entraîne un changement conformationnel qui active le domaine tyrosine kinase. Chaque monomère (en bleu) peut phosphoryler l’unité monomérique opposée (figure 2.4). Le domaine tyrosine actif exécute l’étape de l’« autophosphorylation », phosphorylant l’autre unité au niveau des résidus de tyrosine.

2.3.13    Prédisez ce qui se produirait si l’IR était traité avec un réducteur (p. ex., 2 mmol de dithiothréitol).

    a. L’activité de l’IR s’amplifierait.
b. L’activité de l’IR diminuerait.
c. Aucun effet sur l’activité de l’IR.

Le dithiothréitol est un réducteur qui cible les ponts disulfures, catalysant leur réduction. On prévoit que le traitement au dithiothréitol diminuerait l’activité des récepteurs (Pike et coll., 1986).

2.3.14     À l’étape de l’« autophosphorylation », quels résidus sont phosphorylés sur l’IR?

    a. Cystéine
b. Méthionine
c. Tyrosine

L’IR est un RTK, où les résidus de tyrosine sont phosphorylés.

2.3.15   Alors que l’IR participe à l’autophosphorylation, est-ce qu’il phosphoryle également d’autres cibles?

L’IR (à l’état actif) phosphoryle d’autres cibles cellulaires, y compris un substrat courant du récepteur de l’insuline (IRS) cible.

2.3.16   Les protéines de signalisation qui créent la liaison phospho-tyrosine possèdent-elles des domaines protéiques qui leur sont propres?

Les protéines associées aux voies RTK possèdent souvent des domaines SH2 (région d’homologie avec la protéine Src 2) ou des domaines PTB (liaison phospho-tyrosine) pour la liaison phospho-tyrosine. À titre d’exemple, l’IRS1 se lie au récepteur phosphorylé en utilisant son domaine PTB. Mentionnons aussi la Grb2, qui lie des motifs contenant la phospho-tyrosine par l’intermédiaire d’un domaine SH2.

2.3.17  Décrivez la structure d’un domaine SH2.

Le domaine SH2 est un domaine protéique qui sert à lier les résidus de phospho-tyrosine. Le domaine SH2 comporte deux sous-pochettes formées de deux hélices alpha séparées par un feuillet β central (composée de trois brins β). Le résidu de phospho-tyrosine s’insère dans une sous-pochette (appelée « pochette pY ») d’un côté du feuillet β central et les résidus de la région C-terminale de la phospho-tyrosine s’insèrent dans l’autre sous-pochette (appelée « pochette pY + 3 ») de l’autre côté du feuillet β (Bajusz et coll., 2023). Ces résidus contigus confèrent une spécificité au moyen de chaînes latérales clés d’acides aminés. Par conséquent, différents domaines SH2 reconnaîtront les protéines contenant la phospho-tyrosine dans le contexte des acides aminés avoisinants. Ce mécanisme d’action d’un domaine SH2 est souvent comparé à une fiche et à une prise à deux broches (Waksman et coll., 1993).

2.3.18   Expliquez comment la liaison de l’insuline à son récepteur entraîne une série d’événements de phosphorylation.

L’insuline (ligand) se lie au récepteur apparenté, l’IR, situé à la surface cellulaire de tissus spécifiques (figure 2.5). Il en résulte un changement conformationnel et une autophosphorylation subséquente de résidus de tyrosine particuliers au niveau de l’IR. L’IR activé phosphoryle des cibles, incluant les substrats du récepteur de l’insuline des protéines adaptatrices (p. ex., IRS1). L’IRS1 (à son état phosphorylé) sert de site d’interaction pour une kinase, le phosphatidylinositide 3-kinase (PI3K). L’enzyme PI3K catalyse la phosphorylation du phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) en phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3).  Le PIP3 active une autre kinase, la PDK1 (protéine kinase dépendante du PIP3). Dans sa forme active, la PDK1 phosphoryle d’autres kinases, incluant la protéine kinase B (PKB, aussi connue sous le nom d’Akt1). De même, le mTORC2 phosphoryle et active également la PKB. En continuant la série d’événements de phosphorylation, la PKB phosphoryle des cibles, incluant le glycogène synthase kinase 3 (GSK3). Dans ce cas, la phosphorylation désactive l’enzyme GSK3. Dans sa forme phosphorylée, le GSK3 est incapable de désactiver la glycogénésynthétase (GS). La GS est une enzyme qui participe à la conversion du glucose en glycogène.

2.3.19    Décrivez le complexe protéique mTORC2.

Ici, le terme mTORC2 sera analysé plus en détail. La TOR est une protéine kinase dont la forme mammalienne est appelée mTOR ou cible de la rapamycine chez les mammifères. Ensemble, deux complexes protéiques différents, mTORC1 et mTORC2, forment une mTOR. En tant que protéine kinase sérine/thréonine, la mTOR phosphoryle la sérine ou la thréonine (alors que les événements de phosphorylation originaux étaient dus à la phospho-tyrosine). Le complexe protéique mTORC2 est activé de façon classique par divers éléments allant des acides aminés aux facteurs de croissance comme l’insuline (Tato et coll., 2011; Yoon, 2017) (figure 2.5).

2.3.20   Quel rôle le transporteur de glucose de type 4 (GLUT4) joue-t-il dans l’absorption du glucose?

La PKB recrute et active également les vésicules insulinosensibles contenant du GLUT4 pour favoriser le transport du glucose. La PKB phosphoryle le GTPases, le RAB GAP AS160 et le complexe RAL-GAP (RGC) (figure 2.5) (Sayem et coll., 2018). Ces GTPases favorisent le transport des vésicules de GLUT4 vers la membrane cellulaire. Les vésicules de GLUT4 contiennent un transporteur de glucose (GLUT4) incorporé dans la membrane cellulaire. Ces protéines, qui facilitent le transport du glucose du sang vers la cellule, sont reconnues pour rendre les cellules « perméables » au glucose.

2.3.21  Qu’est-ce que la Ras?

La Ras fait référence à une famille de protéines qui sont de petites GTPases monomériques. La Ras se compose d’isoformes (p. ex., H-Ras, K-Ras, N-Ras). La protéine de liaison à la GTP, Ras, a été identifiée dans les sarcomes du rat, formant ainsi la base de ce nom.

2.3.22   La petite protéine, Ras, est souvent comparée à un interrupteur d’éclairage.  Pourquoi cette analogie convient-elle au rôle de la Ras?

L’interrupteur d’éclairage (figure 2.6) bascule entre les options « MARCHE » et « ARRÊT », où la lumière s’allume à l’état « MARCHE » et s’éteint à l’état « ARRÊT ».

De même, lorsque la Ras est liée au nucléotide guanosine triphosphate (GTP), elle est à l’état actif.

Ras + GTP → active ou « MARCHE »

Tandis que, lorsque la Ras est liée au nucléotide guanosine diphosphate (GDP), elle est à l’état inactif.

Ras + GDP → inactive ou « ARRÊT »

Par conséquent, la Ras est analogue à un interrupteur existant sous deux formes (actif et inactif) (figure 2.6).

2.3.23     Faites la différence, du point de vue structural, entre la GTP et la GDP.

La GTP est un nucléotide composé de trois composants clés : sucre à cinq atomes de carbone (ribose), base azotée (guanine) et trois groupements phosphate. La GDP est un nucléotide formé à partir des mêmes composants, sauf qu’il possède deux groupements phosphate.

2.3.24     Comment la Ras peut-elle passer d’une liaison à la GDP à une liaison à la GTP?

Les facteurs d’échange nucléotidiques (GEF) sont généralement des protéines qui catalysent le passage de la GDP à la GTP. Lorsque la Ras est liée à la GDP, le GEF catalyse le passage de la GDP à la GTP.

2.3.25    Comment la Ras peut-elle passer d’une liaison à la GTP à une liaison à la GDP?

Les protéines activant la GTPase (GAP) favorisent l’hydrolyse de la GTP à la GDP. Lorsque la Ras est liée à la GTP, les GAP catalysent le passage de la GTP à la GDP. La Ras est maintenant liée à la GDP.

2.3.26     Les RTK sont liés aux voies de la protéine kinase activée par des agents mitogènes (MAPK). Définissez la MAPK.

Les protéines kinases activées par des agents mitogènes (MAPK), ou kinases MAP, sont un groupe ubiquiste d’enzymes présentes dans les eucaryotes (figure 2.7). Chez les mammifères, les regroupements représentatifs suivants (i à iii) sont membres de la famille des MAPK (Morrison, 2012).

i.  Protéine JNK

ii.  Protéine ERK

iii.  Protéines kinase activées par le mitogène p38 (p38)

2.3.27   Lequel ou lesquels des acides aminés suivants sont phosphorylés par des membres de la famille des MAPK?

    a. Sérine
b. Thréonine
c. Tyrosine
d. a ou b
e. Toutes les réponses ci-dessus

Les membres de la famille des MAPK phosphorylent les résidus de sérine ou de thréonine.

2.3.28     Définissez la MAP kinase kinase (MAPKK) et la MAP kinase kinase kinase (MAPKKK).

Les membres de la famille des MAPKK et des MAPKKK phosphorylent la sérine ou la thréonine.

Une MAPKKK représentative, RAF1 (figure 2.7), phosphoryle des résidus précis de sérine sur la MEK. Les membres de la famille des MAPKK phosphoryle les résidus de sérine et de thréonine de la famille des MAPK.

2.3.29  Résumez la nomenclature avec la voie de signalisation MAPK :

La documentation utilise divers noms pour décrire les kinases suivantes. Associez les kinases suivantes aux autres noms utilisés pour les décrire (tableau 1).

Tableau 1 : Associer la kinase dont il est question dans la voie MAPK à d’autres noms.

Kinase	Autre nom
MAPK	MAP kinase
MAPKK	MAP2K ou MAP kinase kinase
MAPKKK	MKKK ou M3K ou MAP3K ou MAP kinase kinase kinase
MAPKKKK	MAP4K ou MAP kinase kinase kinase kinase

2.3.30     Pourquoi la voie de signalisation MAPK est-elle également appelée cascade MAPK?

À l’intérieur de la voie de signalisation MAPK, il y a une série d’événements de phosphorylation dans lesquels la MAPKKK phosphoryle la MAPKK, qui, elle, phosphoryle la MAPK (figure 2.7).  Un relais ou une « cascade » de réactions de phosphorylation a lieu (Meister et coll., 2013). La MAPK procédera ensuite à la phosphorylation de protéines supplémentaires, comme les facteurs de transcription.

2.3.31  Pourquoi appelle-t-on la MEK protéine kinase à double spécificité?

La MEK phosphoryle les résidus de sérine et de thréonine ou de tyrosine sur le substrat de protéine (tableau 2). Par exemple, la MEK phosphoryle des résidus de thréonine et de tyrosine bien précis de la protéine ERK (Zheng et Guan, 1993).

2.3.32   Associez les rôles aux divers composants de la voie MAPK :

Tableau 2 : Résumé des composantes essentielles de la voie MAPK.

Composante	Rôle
Ras	Protéine G monomérique
RAF	Sérine/thréonine kinase
MEK	Protéine kinase à double spécificité
ERK	Sérine/thréonine kinase

2.3.33    Quelles sont certaines des issues biologiques de la voie MAPK?

La voie MAPK intervient dans un éventail d’issues biologiques, incluant la promotion de la prolifération cellulaire, de la différenciation cellulaire, de l’apoptose, de la migration, de la survie cellulaire en fonction de la kinase et des substrats correspondants (figure 2.8) (Osaki et Gama, 2013).

Par exemple, un signal (p. ex., cytokine) peut activer la MAPKKK, la kinase qui régule le signal d’apoptose (ASK1) (Ichijo et coll., 1997) (figure 2.8). Une série d’événements de phosphorylation s’ensuit, comme la phosphorylation de la MKK3 et de la MKK6 (deux MAPKK). Les deux MAPKK phosphorylées peuvent activer la p38 (une MAPK) dans le cadre d’événements de phosphorylation. La p38 activée cible un certain nombre de substrats, comme le facteur de transcription activant 2 (ATF2), la p53, le STAT1 et l’Elk-1, ce qui entraîne des réponses cellulaires différentes (figure 2.8). La phosphorylation de sérine ciblée par la p38 du suppresseur de tumeur p53 suscite une réponse cellulaire : l’apoptose (Bulavin et coll., 1999).

2.3.34     Faites le lien entre l’IRS et la cascade MAPK.

L’IRS à l’état phosphorylé recrute la Grb2 (protéine liée au récepteur du facteur de croissance 2). La Grb2 se lie à l’IRS-1 par le biais du domaine SH2 de la Grb2. Ensuite, la Grb2 recrute la protéine sos. La protéine sos est un GEF qui favorise le passage entre l’état de liaison à la GDP et l’état de liaison à la GTP dans les protéines G. L’une des principales protéines auxquelles s’associe la sos est Ras, qui est converti à l’état de liaison à la GTP.

Rappel : Le Ras-GTP est maintenant à l’état actif et la Ras peut activer la MAPKKK (RAF1) (figure 2.7). Cette activation entraîne une série d’étapes de phosphorylation faisant partie de la cascade MAPK.

2.3.35    Comment l’interaction entre la Ras et la membrane cellulaire est-elle médiée?

Cette interaction est médiée par une « ancre » composée :

    a. D’une chaîne polypeptidique
b. D’un groupe lipidique hydrophobe (p. ex. groupement farnésyl)
c. D’une étiquette ubiquitine
d. D’un groupe sucre hydrophile

Faisant partie de la voie MAPK, la Ras est liée à la membrane cellulaire et est située du côté cytosolique à l’aide d’une ancre lipidique appelée groupe farnésyl. L’ancre est illustrée par la structure rouge intégrée à la membrane cellulaire (grise) (figure 2.9) située au niveau de la région C-terminale (Zhou et coll., 2018).

2.3.36  Au fil de la voie MAPK, la GDP est remplacée par la GTP.  Quelle protéine est un GEF?

    a. sos
b. Ras
c. IR
d. Grb2

La sos est un exemple de facteur d’échange nucléotidiques (GEF).

2.3.37  Définissez le rôle des protéines adaptatrices dans la signalisation cellulaire.  Donnez des exemples de protéine adaptatrice dans la voie de signalisation de l’insuline.

Dans les voies de signalisation, les protéines adaptatrices permettent de médier les interactions entre les autres protéines. Bien que les protéines adaptatrices contiennent différents domaines protéiques (p. ex., domaines SH2), l’activité catalytique n’est généralement pas attribuée aux protéines adaptatrices. La Grb2 est un exemple de protéine adaptatrice qui participe à plusieurs voies de signalisation, incluant la voie de signalisation de l’insuline. La Grb2 contient un domaine SH2 et deux domaines SH3. Le domaine SH2 sert à lier une molécule de phosphotyrosine activée et les domaines SH3 reconnaissent les séquences riches en proline. En tant que protéine adaptatrice, la Grb2 sert de lien entre la protéine sos (par le biais des domaines SH3) et la protéine RTK (par le biais du domaine SH2).

2.3.38  La protéine ERK peut phosphoryler la sos, perturbant les interactions entre la sos et la Grb2 (Gomperts et coll., 2009).  Comment cela affectera-t-il la voie MAPK?

    a. Arrêt de la voie MAPK
b. Activation de l’activité MAPK
c. Aucun effet sur la voie

La sos est une protéine cytosolique. La Grb2 se lie aux domaines riches en proline de la sos par l’intermédiaire des deux domaines SH3 (Buday et coll., 1994). À la suite de ces interactions, la sos se place du côté de la membrane cellulaire près de la Ras (liée au lipide), ce qui favorise l’échange de nucléotides. Toutefois, dans certaines situations, la phosphorylation de la sos perturbe le complexe qui unit la sos à la Grb2, provoquant ainsi la dissociation de ces protéines. Par la suite, cela finira par réguler négativement la voie MAPK (S. Corbalan-Garcia S.-S. Yang et Bar-Sagi, 1996).

2.3.39  Décrivez le rôle des protéines d’échafaudage, comme la kinase suppresseur de Ras (KSR).

Pour mettre en valeur le rôle des protéines d’échafaudage, pensez au rôle des échafaudages lors de la construction de grands immeubles. Le matériel d’échafaudage offre du support pendant le processus d’assemblage. Par analogie, la KSR est une protéine d’échafaudage, offrant aux différentes kinases (p. ex., RAF, MEK, MAPK) une surface sur laquelle elles peuvent s’assembler et se positionner très près les unes des autres (Morrison, 2001).

2.4        Récepteurs associés à la tyrosine kinase dans les voies de signalisation

2.4.1    Comparez les récepteurs associés à la tyrosine kinase et les RTK et faites la différence entre eux.

Les deux catégories de récepteurs sont capables d’effectuer la phosphorylation de la tyrosine et possèdent des domaines intracellulaires, extracellulaires et transmembranaires. Cependant, les RTK abritent directement les domaines kinases dans les régions cytosoliques, tandis que les récepteurs associés à la tyrosine kinase s’associent à une protéine kinase indépendante. L’activité catalytique enzymatique est distincte du domaine C-terminal du récepteur dans les récepteurs associés à la tyrosine kinase.

2.4.2     Comment les domaines kinases sont-ils liés aux récepteurs associés à la tyrosine kinase?

a. Par covalence
b. De façon non covalente

Les domaines tyrosine kinase ne font pas directement partie de la séquence primaire du récepteur et sont des entités distinctes. Par exemple, les récepteurs de cytokine n’ont pas de domaines tyrosine kinase endogènes.  L’activité de la tyrosine kinase est plutôt associée de façon non covalente aux janus kinases (JAK).

2.4.3     Que sont les cytokines?

Les cytokines sont les molécules de signalisation qui activent les récepteurs de cytokine correspondants. Ce sont des protéines qui favorisent souvent la croissance cellulaire, l’hématopoïèse et les réponses immunitaires. Il y a des divisions floues entre les cytokines et les hormones. Par exemple, une hormone de croissance est souvent considérée comme une cytokine.

2.4.4     Qu’est-ce qui déclenche la dimérisation des récepteurs de cytokine?

Les récepteurs de cytokine existent généralement sous forme d’une seule unité ou de monomères. La liaison de la cytokine au récepteur entraîne un changement conformationnel qui permet la formation d’homodimères (si les récepteurs sont identiques). Si deux différents types de récepteurs ou plus se dimérisent, il s’agit de ce qu’on appelle l’hétérodimérisation des récepteurs.

2.4.5     Comment les récepteurs de cytokine passent-ils d’un état dimérique inactif à un état dimérique actif?

Le mécanisme d’activation des récepteurs de cytokine est semblable à celui des RTK, en ce sens que la liaison du ligand entraîne un changement conformationnel, ce qui amène les monomères à s’approcher les uns des autres. Les tyrosines kinases intracellulaires associées à chaque récepteur seront orientées de façon à phosphoryler la kinase opposée.

Par exemple, la dimérisation du récepteur de cytokine positionne les JAK sur le récepteur de manière à effectuer la trans-autophosphorylation, où ces derniers phosphorylent une tyrosine sur le récepteur opposé. Cette phosphorylation active le JAK, qui phosphoryle ensuite plusieurs sites sur l’extrémité C-terminale de chaque récepteur.

2.4.6     Quel est le rôle des événements de phosphorylation des JAK dans la voie JAK-STAT?

À la suite de la phosphorylation des extrémités C-terminales du récepteur de cytokine, la phosphotyrosine sert de site de liaison à différentes protéines, dont les protéines transducteurs de signaux et activatrices de transcription (STAT). Les protéines STAT sont des facteurs de transcription qui contiennent plusieurs domaines, dont les domaines SH2. Les domaines SH2 remplissent deux fonctions. Au départ, ces domaines reconnaissent les sites de phosphotyrosine sur les extrémités C-terminales cytoplasmiques du récepteur de cytokine et s’y lient. Après l’ancrage des protéines STAT sur le récepteur, le JAK phosphoryler par la suite l’extrémité C-terminale des protéines STAT (figure 2.10). Ces événements de phosphorylation entraînent un changement conformationnel, où les protéines STAT se séparent du récepteur de cytokine. Par conséquent, la phosphotyrosine d’un monomère STAT se lie au domaine SH2 d’une autre protéine STAT, et vice versa, créant un homodimère. L’homodimère STAT pénètre dans le noyau et se lie aux séquences d’ADN de régulation permettant la transcription des gènes ciblés (Erdogan et coll., 2022).

2.4.7     Dans certains cas, les mutations survenant dans les protéines qui contiennent le domaine SH2 peuvent entraîner une hyperactivation ou une perte de fonction des protéines, ce qui provoque une variété de problèmes de santé, incluant les cancers. Expliquez comment cela peut se produire.

Les domaines SH2 se lient aux motifs contenant de la phosphotyrosine. Des mutations spécifiques dans le domaine SH2 peuvent entraîner une distorsion de la structure secondaire de la protéine. Certaines de ces distorsions peuvent nuire à la structure protéique, ce qui entraîne une perte de fonction. Par exemple, une mutation K591E dans le domaine SH2 du STAT3 entraîne une diminution de l’activité du STAT3 puisque la chaîne latérale de la lysine chargée positivement est remplacée par un acide glutamique chargé négativement (de Araujo, Orccino et coll., 2019). Puisque cette chaîne latérale du résidu coordonne directement la liaison phospho-tyrosine chargée négativement, elle entraîne une répulsion coulombienne et une réduction de l’activité. De la même manière, une mutation N642H du STAT5 entraîne un gain de fonction de la protéine et ce mutant est présent dans plusieurs cancers du sang (de Araujo, Erdogan et coll., 2019; de Araujo et coll., 2020). Cette mutation augmente directement l’affinité du domaine SH2 pour la phosphotyrosine en coordonnant le groupement phosphate, ce qui entraîne finalement des interactions plus étroites avec le récepteur de cytokine, ainsi qu’une prolongation de la durée de vie du dimère du STAT et de l’activité transcriptionnelle.

2.4.8     Comment les protéines STAT sont-elles transportées dans le noyau?

a. Les protéines STAT se diffusent par le complexe du pore nucléaire.
b. Les protéines STAT nécessitent l’aide des importines.
c. Les STAT ne peuvent pas pénétrer dans le noyau.

Le noyau possède des complexes du pore nucléaire, qui sont intercalés dans la membrane nucléaire, permettant la diffusion de petites molécules (moins de 60 kDa). Les STAT nécessitent l’aide des récepteurs de transport nucléaire, les importines, pour médier l’entrée dans le noyau (figure 2.11) (Reich, 2013).

 

2.5         Récepteurs de la sérine-thréonine kinase

Contrairement aux RTK, les récepteurs sérine-thréonine kinase (parfois appelés RSTK) font partie de la catégorie des récepteurs couplés à des enzymes qui, en l’occurrence, phosphorylent les résidus de sérine et de thréonine sur les protéines cibles.

2.5.1     Comment la sérine-thréonine kinase fonctionne-t-elle dans les voies de signalisation?

L’exemple prototypique des RSTK est celui des récepteurs du facteur de croissance transformant β (TGFβ) qui peuvent exister sous forme de type I et de type II. Les deux types ont des domaines à membrane unique, ainsi que des domaines intracellulaires et extracellulaires. Les ligands se lient aux domaines extracellulaires des récepteurs homodimères de type II et s’hétérodimérisent avec des récepteurs de type I pour former un complexe hétérotétramère. Le domaine sérine-thréonine kinase intracellulaire exécute une transphosphorylation. Des modifications ou des variations supplémentaires dans la partie C-terminale permettent d’ajouter des couches de régulation.

2.5.2     Quelle est la différence sur le plan des domaines entre les récepteurs TGFβ de type I et de type II?

Bien que les deux récepteurs possèdent des domaines sérine-thréonine kinase, le type I possède un « domaine GS » supplémentaire (Gomperts et coll., 2009). Ce domaine est riche en glycine-sérine, qui peut également être phosphorylée. Les récepteurs de type II possèdent un domaine extracellulaire riche en cystéine.

2.5.3     Décrivez les interactions entre les récepteurs de type I et de type II dans la voie de signalisation TGFβ.

Le TGFβRII existe en tant qu’homodimère et le ligand (TGFβ) se lie au récepteur (TGFβRII), ce qui entraîne un changement conformationnel. Le TGFβRII se lie au TGFβRI, ce qui permet la phosphorylation de la sérine. Plus précisément, le TGFβII phosphoryle la région riche en sérine du récepteur du domaine GS du TGFβI (Tzavlaki et Moustakas, 2020). Une protéine chaperonne (protéine de liaison FK506 de 12 kilodaltons, la FKBP12) est également associée au TGFβRI. Les changements conformationnels liés à la phosphorylation de la sérine et la libération simultanée de la FKBP12 entraînent l’activation du TGFβRI. À ce stade, il se forme un complexe de récepteurs tétramères actifs constitué de deux récepteurs TGFβ de type II et de deux récepteurs TGFβ de type II (figure 2.12). La liaison au ligand par des molécules telles que le TGFβ, l’activine, les molécules nodales, peut entraîner une association du TGFβ avec les Smad2 (Suppressor of Mothers Against Decapentaplegic) et Smad3, tandis que des ligands tels que la protéine morphogénétique osseuse (BMP) peuvent recruter les Smad1, 5, 8 ou 9. Dans les deux cas, la liaison des Smad est également médiée par une protéine membranaire appelée SARA et la protéine Smad est phosphorylée par le TGFβ. La phosphorylation des Smad entraîne la dissociation de la liaison phospho-Smad et de la protéine SARA. La liaison phospho-Smad forme un complexe avec une autre protéine, la Smad4 (figure 2.12). Ensemble, le complexe phosphorylé Smad-Smad4 pénètre dans le noyau pour réguler l’expression génique.

2.5.4     Que sont les Smad?

Les Smad font référence à un groupe de protéines qui sont des facteurs de transcription intervenant dans la régulation de la croissance cellulaire. Les Smad servent de lien entre le signal extracellulaire (TGFβ) et une réponse dans le noyau. Trois membres de la famille Smad interviennent dans la voie TGFβ :

i. R-Smad (comprend Smad1, 2, 3, 5, 8/9)

ii. Co-Smad (Smad médiateurs communs et Smad4 inclus)

iii. I-Smad (Smad inhibiteurs qui suppriment l’action des R-Smad dans le noyau et comprend les Smad6, 7)

2.5.5     Le N-terminal de Smad3 muté est perturbé de sorte que le signal de localisation nucléaire (NLS) ne fonctionne plus. Prédisez l’emplacement cellulaire de Smad3.

a. En présence du ligand TGFβ, le Smad3 est transporté dans le noyau.
b. En présence du ligand TGFβ, le Smad3 reste dans le cytoplasme.

La partie N-terminale de R-Smad contient des domaines, dont un domaine « Mad-homology 1 » (MH1). Une partie du domaine MH1 comprend un NLS (Hill, 2009; Xiao et coll., 2000). Le signal de localisation nucléaire (NLS) est exposé à la phosphorylation. Les protéines ciblées dans le noyau possèdent un NLS au niveau N-terminal, et une version mutante de Smad3, qui possède un NLS non fonctionnel, demeurera dans le cytoplasme.

2.6         Aperçu des récepteurs associés à l’histidine kinase

2.6.1    Décrivez la structure des récepteurs associés à l’histidine kinase.

Les protéines transmembranaires de l’histidine kinase se dimérisent au moment de l’activation. La partie extracellulaire contient des domaines de liaison au ligand, tandis que la région cytoplasmique contient un domaine DHp (Dimerization and histidine-phosphotransfer) ainsi que le domaine catalytique (Bhate et coll., 2015; Buschiazzo et Trajtenberg, 2019). Les domaines DHp hébergent une région de la boîte H contenant l’histidine conservée qui est phosphorylée dans le groupe imidazole (figure 2.13). Ce groupement phosphate sur l’histidine est transféré à un aspartate (Asp) sur une autre protéine, ce qui active le régulateur de la réponse protéique.

Les récepteurs associés à l’histidine kinase font partie d’un système de signalisation cellulaire à « deux composants ».

2.6.2     Résumez le système de signalisation à deux composants en deux éléments distincts.

Le système à deux composantes comprend deux éléments protéiques :

I. Capteur (contenant un domaine d’entrée [pour la liaison au ligand] et un domaine émetteur [contenant l’histidine conservée et le domaine de liaison de l’ATP et de la kinase]

II. Régulateur de réponse (contenant un domaine récepteur avec l’aspartate conservé et le domaine effecteur ou de sortie)

Ce système est particulièrement important dans les bactéries, pour répondre aux événements extracellulaires, et médie la chimiotaxie.

2.6.3    Quel est le mécanisme sous-jacent du fonctionnement des systèmes à deux composants?

Ce système est appelé voie de phosphorelais. L’histidine kinase est le capteur, tandis que la protéine effectrice est un régulateur (figure 2.14). Lors de la liaison au ligand, le récepteur (c.-à-d. le capteur) est alors activé, suivi de la trans-phosphorylation d’un résidu d’histidine conservé. Le régulateur de réponse catalyse ensuite le transfert du phosphate du capteur vers un aspartate précis (dans le domaine récepteur du régulateur de réponse) (Papon et Stock, 2019). La phosphorylation de l’aspartate active la protéine effectrice, ce qui entraîne la localisation de l’ADN et la régulation à la hausse de la transcription. En plus

2.7       Aperçu des récepteurs guanylyl cyclase

2.7.1     Que sont les récepteurs guanylyl cyclase?

À l’instar d’autres récepteurs tels que les RTK, les récepteurs guanylyl cyclase possèdent des régions extracellulaires et intracellulaires entourant un domaine transmembranaire. Le domaine transmembranaire est constitué d’un segment alpha hélicoïdal, tandis que la région extracellulaire N-terminale contient un domaine de liaison au ligand, et la région C-terminale contient un domaine guanylyl cyclase catalytique. L’activité enzymatique de la guanylyl cyclase convertit la GTP en une version cyclisée, la guanosine monophosphate 3’-5’ cyclique (cGMP) (figure 2.15).

2.7.2     Prédisez l’incidence de l’incubation avec la phosphodiestérase sur les niveaux de cGMP cellulaire.

    a. La production de la cGMP diminuerait.
b. La production de la cGMP augmenterait.
c. Aucun effet sur la production de la cGMP.

L’enzyme phosphodiestérase catalyse la conversion de la cGMP en 5’-GMP. Le nucléotide cGMP est un exemple de second messager (figure 2.15). Les niveaux de cGMP diminuent en présence de phosphodiestérase.

Il convient de noter que la cGMP forme un complexe avec la protéine kinase G (PKG) dépendante de la cGMP. La PKG est activée et phosphoryle des protéines cibles, potentiellement sur les résidus de sérine-thréonine.

2.8        Tyrosine phosphatase de type récepteur

2.8.1    Décrivez la structure des protéines tyrosine phosphatase de type récepteur.

Comme leurs homologues (RTK), les protéines tyrosine phosphatase de type récepteur sont intégrées dans la membrane cellulaire avec d’autres domaines dans l’environnement extracellulaire et dans le cytosol. La région extracellulaire est variable et contient des séquences semblables à celles des motifs de type immunoglobuline, des domaines d’anhydrase carbonique ou des domaines semblables à la fibronectine de type III (Xu et Fisher, 2012). Le domaine de la protéine tyrosine phosphatase (PTP) se trouve dans la région C-terminale et se situe dans le cytosol. Il pourrait y avoir une ou deux copies du domaine PTP, qui comprennent un résidu de cystéine important, essentiel à la déphosphorylation, et le domaine PTP proximal à la membrane est catalytiquement actif, le deuxième domaine affichant des rôles de régulation.

2.8.2     Comment les tyrosines phosphatases de type récepteur peuvent-elles intervenir dans la régulation des voies de signalisation?

De façon générale, les tyrosines phosphatases de type récepteur effectuent la déphosphorylation des résidus de tyrosine sur les protéines cibles (p. ex., récepteurs avec sites de phosphotyrosine) qui s’oppose aux effets des kinases. Par exemple, la voie MAPK démontre l’équilibrage entre les kinases et les phosphatases. Le récepteur de la protéine tyrosine phosphatase de type R (PTPRR) se lie à la protéine Erk (un MAPK). La protéine Erk est phosphorylée sur la tyrosine et la thréonine, ce qui entraîne l’activation de la kinase. Le PTPRR peut contrer l’activité de kinase de la protéine Erk en supprimant les groupements phosphate (Xu et Fisher, 2012) qui modulent l’activité de la protéine kinase Erk.

2.8.3     Une tyrosine phosphatase de type récepteur a été incubée dans des conditions d’oxydation. Prédisez le résultat en aval :

a. L’activité de la tyrosine phosphatase de type récepteur serait inhibée.
b. L’activité de la tyrosine phosphatase de type récepteur serait activée.

Dans des conditions d’oxydation, si le site actif de la cystéine est converti en acide sulfonique, il ne sera plus en mesure d’agir comme nucléophile puissant et d’éliminer le groupement phosphate (Xu et Fisher, 2012). On prévoit que l’activité des tyrosines phosphatases de type récepteur serait inhibée.

Bibliographie

Alberts, Bruce. (2002). Molecular biology of the cell. Dans Molecular biology of the cell (4^e éd.). Garland Science. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26822/

Bajusz, D., Pándy-Szekeres, G., Takács, Á., de Araujo, E. D., Erdogan, F., Neubauer, H. A., Meneksedag-Erol,raujo, E. D., et Keserű, G. M. (2023). SH2db, an information system for the SH2 domain. Nucleic Acids Research, 51(W1), W542-W552. https://doi.org/10.1093/nar/gkad420

Bhate, M. P., Molnar, K. S., Goulian, M., et DeGrado, W. F. (2015). Signal Transduction in Histidine Kinases: Insights from New Structures. Structure, 23(6), 981-994. https://doi.org/10.1016/j.str.2015.04.002

Bhagirath, A. Y., Li, Y., Patidar, R., Yerex, K., Ma, X., Kumar, A., et Duan, K. (2019). Two Component Regulatory Systems and Antibiotic Resistance in Gram-Negative Pathogens. International Journal of Molecular Sciences, 20(7). https://doi.org/10.3390/ijms20071781

Buday, L., Egan, S. E., Rodriguez Viciana, P., Cantrell, D. A., et Downward, J. (1994). A complex of Grb2 adaptor protein, Sos exchange factor, and a 36-kDa membrane-bound tyrosine phosphoprotein is implicated in ras activation in T cells. Journal of Biological Chemistry, 269(12), 9019-9023. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(17)37070-9

Bulavin, D. V, Saito, S., Hollander, M. C., Sakaguchi, K., Anderson, C. W., Appella, E., et Fornace, A. J. (1999). Phosphorylation of human p53 by p38 kinase coordinates N‐terminal phosphorylation and apoptosis in response to UV radiation. The EMBO Journal, 18(23), 6845-6854. https://doi.org/10.1093/emboj/18.23.6845

Buschiazzo, A., et Trajtenberg, F. (2019). Two-Component Sensing and Regulation: How Do Histidine Kinases Talk with Response Regulators at the Molecular Level? Annual Review of Microbiology, 73(1), 507-528. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-091018-054627

de Araujo, E. D., Erdogan, F., Neubauer, H. A., Meneksedag-Erol, D., Manaswiyoungkul, P., Eram, M. S., Seo, H. S., Qadree, A. K., Israelian, J., Orlova, A., Suske, T., Pham, H. T. T., Boersma, A., Tangermann, S., Kenner, L., Rülicke, T., Dong, A., Ravichandran, M., Brown, P. J., … Gunning, P. T. (2019). Structural and functional consequences of the STAT5BN642H driver mutation. Nature Communications, 10(1). https://doi.org/10.1038/s41467-019-10422-7

de Araujo, E. D., Keserű, G. M., Gunning, P. T., et Moriggl, R. (2020).Targeting STAT3 and STAT5 in Cancer. Cancers, 12(8). https://doi.org/10.3390/cancers12082002

de Araujo, E. D., Orlova, A., Neubauer, H. A., Bajusz, D., Seo, H.-S., Dhe-Paganon, S., Keserű, G. M., Moriggl, R., et Gunning, P. T. (2019). Structural Implications of STAT3 and STAT5 SH2 Domain Mutations. Cancers, 11(11). https://doi.org/10.3390/cancers11111757

Erdogan, F., Radu, T. B., Orlova, A., Qadree, A. K., de Araujo, E. D., Israelian, J., Valent, P., Mustjoki, S. M., Herling, M., Moriggl, R., et Gunning, P. T. (2022). JAK-STAT core cancer pathway: An integrative cancer interactome analysis. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 26(7), 2049-2062. https://doi.org/10.1111/jcmm.17228

Gomperts, B. D., Kramer, I. M., et Tatham, P. E. R. (2009). Signal transduction . In Signal transduction (2^e éd.). Elsevier/Academic Press

Gungor, M. Z., Uysal, M., et Senturk, S. (2022). The Bright and the Dark Side of TGF-β Signaling in Hepatocellular Carcinoma: Mechanisms, Dysregulation, and Therapeutic Implications. Cancers, 14(4). https://doi.org/10.3390/cancers14040940

Hill, C. S. (2009). Nucleocytoplasmic shuttling of Smad proteins. Cell Research, 19(1), 36-46. https://doi.org/10.1038/cr.2008.325

Ichijo, H., Nishida, E., Irie, K., ten Dijke, P., Saitoh, M., Moriguchi, T., Takagi, M., Matsumoto, K., Miyazono, K., et Gotoh, Y. (1997). Induction of Apoptosis by ASK1, a Mammalian MAPKKK That Activates SAPK/JNK and p38 Signaling Pathways. Science, 275(5296), 90-94. https://doi.org/10.1126/science.275.5296.90

Lemmon, M. A., et Schlessinger, J. (2010). Cell Signaling by Receptor Tyrosine Kinases. Cell, 141(7), 1117-1134. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.06.011

Meister, M., Tomasovic, A., Banning, A., et Tikkanen, R. (2013). Mitogen-Activated Protein (MAP) Kinase Scaffolding Proteins: A Recount. International Journal of Molecular Sciences, 14(3), 4854-4884. https://doi.org/10.3390/ijms14034854

Moon, S. Y., Kim, K. D., Yoo, J., Lee, J.-H., et Hwangbo, C. (2021). Phytochemicals Targeting JAK–STAT Pathways in Inflammatory Bowel Disease: Insights from Animal Models. Molecules, 26(9). https://doi.org/10.3390/molecules26092824

Morrison, D. K. (2001). KSR: a MAPK scaffold of the Ras pathway? Journal of Cell Science, 114(9), 1609-1612. https://doi.org/10.1242/jcs.114.9.1609

Morrison, D. K. (2012). MAP kinase pathways. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(11), a011254-a011254. https://doi.org/10.1101%2Fcshperspect.a011254.

Osaki, L. H., et Gama, P. (2013). MAPKs and Signal Transduction in the Control of Gastrointestinal Epithelial Cell Proliferation and Differentiation. International Journal of Molecular Sciences, 14(5), 10143-10161. https://doi.org/10.3390/ijms140510143

Papon, N., et Stock, A. M. (2019). Two-component systems. Current Biology, 29(15), R724-R725. https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.010

Pike, L. J., Eakes, A. T., et Krebs, E. G. (1986). Characterization of affinity-purified insulin receptor/kinase. Effects of dithiothreitol on receptor/kinase function. Journal of Biological Chemistry, 261(8), 3782-3789. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(17)35716-2

Reich, N. C. (2013). STATs get their move on. JAK-STAT, 2(4), e27080. https://doi.org/10.4161/jkst.27080

Robinson, D. R., Wu, Y.-M., et Lin, S.-F. (2000). The protein tyrosine kinase family of the human genome: Tyrosine Kinases. Oncogene, 19(49), 5548-5557. https://www.nature.com/articles/1203957

S. Corbalan-Garcia S.-S. Yang, K. R. D., et Bar-Sagi, D. (1996).Identification of the Mitogen-Activated Protein Kinase Phosphorylation Sites on Human Sosl That Regulate Interaction with Grb2. Molecular and Cellular Biology, 16(10), 5674-5682. https://doi.org/10.1128/MCB.16.10.5674

Sayem, A. S. M., Arya, A., Karimian, H., Krishnasamy, N., Ashok Hasamnis, A., et Hossain, C. F. (2018). Action of Phytochemicals on Insulin Signaling Pathways Accelerating Glucose Transporter (GLUT4) Protein Translocation. Molecules, 23(2). https://doi.org/10.3390/molecules23020258

Ségaliny, A. I., Tellez-Gabriel, M., Heymann, M.-F., et Heymann, D. (2015). Receptor tyrosine kinases: Characterisation, mechanism of action and therapeutic interests for bone cancers. Journal of Bone Oncology, 4(1), 1-12. https://doi.org/10.1016/j.jbo.2015.01.001

Tato, I., Bartrons, R., Ventura, F., et Rosa, J. L. (2011). Amino Acids Activate Mammalian Target of Rapamycin Complex 2 (mTORC2) via PI3K/Akt Signaling. The Journal of Biological Chemistry, 286(8), 6128-6142. https://doi.org/10.1074/jbc.m110.166991

Waksman, G., Shoelson, S. E., Pant, N., Cowburn, D., et Kuriyan, J. (1993). Binding of a high affinity phosphotyrosyl peptide to the Src SH2 domain: Crystal structures of the complexed and peptide-free forms. Cell, 72(5), 779-790. https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90405-F

Xiao, Z., Liu, X., Henis, Y. I., et Lodish, H. F. (2000). A Distinct Nuclear Localization Signal in the N Terminus of Smad 3 Determines Its Ligand-Induced Nuclear Translocation. Proceedings of the National Academy of Sciences – PNAS, 97(14), 7853-7858. https://doi.org/10.1073/pnas.97.14.7853

Xu, Y., et Fisher, G. J. (2012). Receptor type protein tyrosine phosphatases (RPTPs) – roles in signal transduction and human disease. Journal of Cell Communication and Signaling, 6(3), 125-138. https://doi.org/10.1007/s12079-012-0171-5

Yoon, M.-S. (2017). The Role of Mammalian Target of Rapamycin (mTOR) in Insulin Signaling. Nutrients, 9(11), 1176-. https://doi.org/10.3390/nu9111176

Zheng, C. F., et Guan, K. L. (1993). Properties of MEKs, the kinases that phosphorylate and activate the extracellular signal-regulated kinases. The Journal of Biological Chemistry, 268(32), 23933-23939. https://www.jbc.org/article/S0021-9258(20)80474-8/pdf

Zhou, Y., Prakash, P., Gorfe, A. A., et Hancock, J. F. (2018). Ras and the Plasma Membrane: A Complicated Relationship. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 8(10). https://doi.org/10.1101/cshperspect.a031831