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Mécanismes moléculaires de la transduction des signauxLe métabolisme de l’information
2ème partie
Hélène CavéDépartement de Génétique, Hôpital Robert Debré
FACULTE DE MEDECINE
L2 - UE1Bases Moléculaires et Cellulaires des Pathologies
Dissociation de la protéine G et action sur ses cibles
ACTIVATION D’UNE KINASE
PHOSPHORYLATION DU RECEPTEUR
ACTIVATION D’UNE PROTEINE G
P P
ααααββββγγγγ
ββββγγγγαααα
RECEPTEURS ENZYMES
Fonction tyrosine kinase activéeSites d’ancrage
RECEPTEURSRECEPTEURS--ENZYMESENZYMES
- Activité enzymatique associée : voie JAK/STAT
- Activité enzymatique intrinsèque- Récepteurs à Tyr kinase
- Récepteurs à activité Ser/Thr kinase- Guanylate cyclase
JAK (Janus kinase)JAK (Janus kinase)
H2N COOH
Famille de 4 tyrosine-kinasesJAK1, JAK2, JAK3, TYK2
VOIE JAK-STAT
LES PROTEINES DE SIGNALISATION CONTIENNENT DES MOTIFS RECURRENTS
SH3SH3 SH2SH2 SH1c-Src
Liaison à des Tyr-PSpécificité variable
(affinité 103x celle de la liaison substrat/ligand d’une TK)
Liaison à des domaines
riches en proline(PXXP)
Tyrosine kinase
Domaine d’homologie à la pleckstrine (PH)
Domaines d’homologie à Src (SH)
Motif de liaison aux phospho-inositides(protéines de signalisation, protéines du cytosquelette)
STAT (STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription)
H2N COOHDimérisation Liaison ADN SH2
P
Tyrosine conservée
Famille de 7 facteurs de transcription
VOIE JAK-STAT
SOCSSOCS ((Suppressor of Cytokine signaling)
7 membres, SOCS1 à SOCS7
VOIE JAK-STAT
KIR SH2 Boite SOCSH2N COOH
Elongin B Elongin C
Cullin-5
Ligase E2
Ring-box-2
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcription
PP
Ny
JAKJAK
JAK
JAK
PP
Ligands : Facteurs de Croissance, Cytokines, GH, leptine, Interferon…
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur
VOIE JAK-STAT
STAT
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcription
STATPP
Ny
JAKJAK
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur > fixation STAT (SH2)4) Phosphorylation de STAT
PP
VOIE JAK-STAT
STAT
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcription
STATPP
Ny
JAKJAK
P
P
P
P
STAT STATPP
STAT STATPP
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur > fixation STAT (SH2)4) Phosphorylation de STAT > dimère stable de STAT 5) Liaison ADN (Facteur de Transcription)
VOIE JAK-STAT
STAT
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcriptionSOCS : suppressor of cytokine signaling
STATPP
Ny
JAKJAK
P
P
P
P
STAT STATPP
STAT STATPP
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur > fixation STAT (SH2)4) Phosphorylation de STAT > dimère stable de STAT 5) Liaison ADN (Facteur de Transcription)6) Expression de SOCS / retrocontrôle negatif SOCS
SOCS
VOIE JAK-STAT
STAT
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcriptionSOCS : suppressor of cytokine signaling
PP
Ny
JAKJAK
P
PP
STAT STATPP
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur > fixation STAT (SH2)4) Phosphorylation de STAT > dimère stable de STAT 5) Liaison ADN (Facteur de Transcription)6) Expression de SOCS / retrocontrôle negatif SOCS
SOCS
SOCS
VOIE JAK-STAT
STAT
JAK : Janus kinaseSTAT : signal Transducer and activator of transcriptionSOCS : suppressor of cytokine signaling
PP
Ny
JAKJAK
P
P
STAT STATPP
1) Dimérisation des récepteurs2) Phosphorylation croisée des JAK > Tyrosine kinase activée3) Phosphorylation du récepteur > fixation STAT (SH2)4) Phosphorylation de STAT > dimère stable de STAT 5) Liaison ADN (Facteur de Transcription)6) Expression de SOCS / retrocontrôle negatif SOCS
SOCS
P
PROTEASOME
VOIE JAK-STAT
Les combinatoiresLes combinatoires
Récepteur
JAK
STAT
Gènes induits
Murray, J Immunol 2007
VOIE JAK-STAT
RECEPTEURSRECEPTEURS--ENZYMESENZYMES
- Activité enzymatique associée : voie JAK/STAT
- Activité enzymatique intrinsèque- Récepteurs à Tyr kinase
- Récepteurs à activité Ser/Thr kinase- Guanylate cyclase
Quelques exemples de ligandsQuelques exemples de ligands……
Epidermal Growth factor (EGF) Récepteur à l’EGF (EGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires
Insulin Growth factor (IGF1 et 2)
Récepteur à l’IGF1 (IGF1R)
Stimule la croissance cellulaire et la survie
Nerve Growth factor (NGF) Récepteur au NGF (NGFR)
Stimule la croissance cellulaire et la survie de nombreux neurones
Platelet-derived Growth factor (PDGF)
Récepteur au PDGF (PDGFR)
Stimule la croissance, la survie et la prolifération de nombreux types cellulaires
Macrophage-colony stimulatingfactor (M-CSF)
Récepteur au M-CSF (M-CSFR)
Stimule la prolifération des monocytes/macrophages et la différenciation
Fibroblast Growth factor (FGF)
Récepteur au FGF (FGFR)
Stimule la prolifération de nombreux types cellulaires et inhibe la différenciation de certains précurseurs cellulaires
LES RECEPTEURS A ACTIVITE TK SONT LES RECEPTEURS DES FACTEURS DE CROISSANCE
RECEPTEURS A ACTIVITE TYROSINE KINASE
Imgt.cines.fr
Domaine extra-cellulaireTrès glycosyléHomologies partielles
Domaine transmembranaire
Domaine intra-cytoplasmique
Domaines riches en Cys
Domaines TK
Environ 60 récepteurs - 20 sous-familles
Classe I Classe II Classe III
(NB :quelques cas de Ser/Thr kinase)
LigandsPolypeptidiques
FACTEURS DE CROISSANCE
RECEPTEURS A ACTIVITE TYROSINE KINASE
Imgt.cines.fr
Domaine extra-cellulaireTrès glycosyléHomologies partielles
Domaine transmembranaire
Domaine intra-cytoplasmique
Domaines riches en Cys
Domaines TK
Environ 60 récepteurs - 20 sous-familles
Classe I Classe II Classe III
(NB :quelques cas de Ser/Thr kinase)
LigandsPolypeptidiques
FACTEURS DE CROISSANCE
ACTIVATION DES RECEPTEURS TK
Milieu extracellulaire
Cytosol P P
Tyr Tyr
Tyr Tyr
ProtéineSH2 Auto-phosphorylation d’une tyrosine
intracellulaire du récepteur
Protéine
P
Protéine
ProtéineSH2
ACTIVATION DES RECEPTEURS TK
Milieu extracellulaire
Cytosol P P
Tyr Tyr
Tyr Tyr
ProtéineSH2 Auto-phosphorylation d’une tyrosine
intracellulaire du récepteur���� Activation de l’activité tyr-kinase� Site de liaison / protéine (domaine SH2)
Terminaison du signal :- phosphatases- endocytose du récepteur
ACTIVATION DES RECEPTEURS TK
ProtéineSH2
PTyr Tyr
EFFECTEURS
Activation d’une cascade (interactions en série entre macromolécules)
Ex: protéine kinases
Activation d’une fonction enzymatiqueEx: Phospholipases, Lipide Kinases
Production d’une petite molécule(2nd messager)
Phosphatidyl inositol-P3 (PIP3)
Activation/inactivation de protéines cible
AMPLIFICATION +/-BRANCHEMENTS
Protéine
P
Protéine
P
UN RTK PEUT CONTENIR PLUSIEURS SITES DE LIAISONAUX SH2 ET ACTIVER PLUSIEURS EFFECTEURS
P
P
P
P
P
P
PDGFR
P
P
P
Domainecatalytique
Src kinase
GRB2
PI3K
PI3K, Nck
Ras-GAP
PTP-iD, SHP2
PLCγγγγ
Activation
PDGF : Platelet derived growth factor
LES PROTEINES DE SIGNALISATION CONTIENNENT DES MOTIFS RECURRENTS
Adaptateurs moléculaires
Protéines se liant à d’autres protéines sans activité catalytique propre
SH3SH3 SH2SH2 SH1c-Src
Liaison à des Tyr-PSpécificité variable
affinité 103x celle de la liaison substrat/ligand d’une TK)
Liaison à des domaines
riches en proline(PXXP)
Tyrosine kinase
SH : Src homology
SH3SH3 SH2SH2 SH3SH3GRB2
SosGrb2PP
Cycle de RAS
RAS GTPRAS GDP
NF1
Pi
RAS
GTP
GDP
ACTIVATION/INACTIVATION DE RAS
Guanine nucleotideExchange Factors (GEFs)
GTPase-activatingproteins (GAPs).
Commutateur moléculaire
RAS : sous-famille des petites protéines G
Récepteur
Facteur de croissance
soluble
SosGrb2
Cycle de RAS
RAS GTPRAS GDP
NF1
Pi
RAS
GTP
GDP
PLUSIEURS VOIES RELAYENT LE SIGNAL EN AVAL DE RAS
MAPK
PI3K
RALGDS
Organisation Organisation
du cytosquelettedu cytosquelette
TrafficTraffic
de vde véésiculessicules
SurvieSurvie
ProlifProliféérationration
Signal CaSignal Ca++++PLCεεεε
TIAM1
PP
Récepteur
Facteur de croissance
soluble
SosGrb2
ELK
Ny
Myc, …
MAPK
MAPKKK
MAPKKRAF
MEK
ERK
RAS GTPRAS GDP
NF1
Pi
RAS
GTP
GDP
RAS ACTIVE LA CACADE DES MAPK/ERK
Protéine
P
Protéine
MAPK : Mitogen activted protein kinaseERK : Extracellular signal regulated kinase
PP
Récepteur
Facteur de croissance
soluble
ISOFORMES DE RAS
Schubbert et al., Nature Reviews Cancer 2007
3 gènes RAS codent 4 protéines de 21 kD à forte homologie
Région hypervariableRésidus spécifiant les modifications post- traductionnelles des protéines
Epissagealternatif
Domaine très conservé
Downward, Nature Reviews Cancer 2002
Ftase : Farnesyl transféraseFPP : Farnesyl pyrophosphate
MODIFICATIONS POST-TRADUCTIONNELLES DE RAS
Karnoub & Weinberg Nat Review Mol Cell Biol, 2008
Les résidus Cys rouge sont farnésylés et les verts palmitoylés
Membrane plasmique
Membrane réticulum endoplasmique
(HRAS et NRAS)
Mor & Philips, Annu Rev Immunol 2006
Protéines d’assemblage macromoléculaires ���� Compartimentation des MAPK dans la cellule
TRAFFIC INTRACELLULAIRE DE RAS
2nd messager
Vivanco, Nature reviews Cancer, 2002
Phosphatidyl-inositol(4,5)P2
PIP2
Phosphatidyl-inositol(3,4,5)P3
PIP3
RAS ACTIVE LA VOIE DE LA PI3K/AKT
Phosphatase withtensin homology domain
PTENPTEN
PI3KPhosphatidyl inositol 3 kinase
Acidesgras
Glycerol
Inositol
SosGrb2PP
Récepteur
Facteur de croissance
soluble
p110
p85
RAS GTP
VOIE DE LA PI3K/AKT
PIP2PIP3
PI3K
PDK1 AKTP P
PDK2
ProtProtééineine
P
ProtProtééineine
Cibles cellulaires
PDK : Phosphoinositide-dependent kinase
SosGrb2
p110
p85
RAS GTP
VOIE DE LA PI3K/AKT
PIP2PIP3
PI3K
PDK1 AKTP P
PDK2
Cibles cellulaires
mdm2
Arrêt du cycle cellulaireRéparation de l’ADN
Apoptose
P53
mTOR
CroissanceTraduction
GS3K
Cycle cellulaireMétabolisme
du glucose
NF-κκκκB FKHR BAD
Apoptose
(����) (����) (����)(-) (-)(-)
PP
Récepteur
Facteur de croissance
soluble
Pendaries et al. FEBS letter 2003
La voie impliquant InlB/Met receptor/Gab1/PI3-kinase est utiliséepour l’entrée de L. monocytogenes dans la cellule
METABOLISME DES PHOSPHOINOSITIDES ET INFECTIONCertaines bactéries pathogènes utilisent le métabolisme des PI
pour augmenter leur virulence
Modifications du cytosquelette
Internalisation de la bactérie
Cibles
Cellulehôte
PI3Kp110
Listeria monocytogenes
Exemple de l’EGFR
Signaux divers («input»)(différents RTK)
Noyau de processus conservés(PI3K, MAPK, Ca++, …)
Contrôle du système
+/-
Conséquences moléculaires diverses («output»)(réponse transcriptionnelle, cytosquelette, enzymes)
+/-
RESEAU DE SIGNALISATION
Wullshleger et al., Cell 2010
DIALOGUE DIALOGUE [CROSS[CROSS--TALK]TALK] ENTRE VOIES DE SIGNALISATIONENTRE VOIES DE SIGNALISATION
CONVERGENCE
« A ou B » « A et B »EFFETS ADDITIFS INTEGRATION
INTERACTIONS FONCTIONNELLESINTERACTIONS FONCTIONNELLES
REGULATIONREGULATION
dorsal
ventral
Développement de la drosophile
DIALOGUE DIALOGUE [CROSS[CROSS--TALK]TALK] ENTRE VOIES DE SIGNALISATIONENTRE VOIES DE SIGNALISATION
Différentiel d’affinité des kinases pour leurs cibles(Familles de gènes / compétition entre substrats)
Phosphatases
Isolement spatial(complexes macromoléculaires)
INTERFERENCESINTERFERENCES
COMPARTIMENTATION DES PKALes AKAP ou « de l’ordre dans le chaos »
� Micro-compartimentation cellulaire des cascades de signalisation (+/- gradient)
� Activation coordonnée des protéines kinases regroupement des composants de la voie de signalisation et d’arrêt du signal (phosphodiesterase) en complexe multiprotéique
� Efficacité (présentation substrat/enzyme en orientation optimale)
A-kinase anchoring proteins (AKAP) Protéines d’assemblage de complexes macromoléculaires
L’AMPc régule la réponse à des stimuli externes- Dans une région sub-cellulaire délimitée- Pendant un intervalle de temps limité= Gradient spatio-temporel
PKA
Autres molécules de signalisation Localisation
sub-cellulaire
METABOLISME DE LMETABOLISME DE L’’INFORMATION / METABOLISME ENERGETIQUEINFORMATION / METABOLISME ENERGETIQUE
Voies de signalisation Métabolisme énergétique
Transfert d’information Transfert de masse
Complexes moléculaires
10-104 molécules grandes quantités (µM ou mM)
Equilibre entre les quantités Quantités de substrat >> Enzymede substrat et d’enzyme
NEUROFIBROMATOSE DE TYPE 1 (NF1)
Autosomique dominante1/3500 naissances
Haploinsuffisance
� Difficultés d’apprentisage fréquentes� Anomalies du squelette� Nodules de Lish
Inactivation bi-allelique
� Prédisposition aux tumeurs malignes(neurofibrosarcome, astrocytome, phaeochromocytome et LMMJ)
RAS
GTP
GDP
RAS GTPRAS GDP
Pi
Cycle de RAS
NeurofibromineNeurofibromine
(NF1)(NF1)
X
MUTATIONS DE GENES DE LA VOIE RAS DANS LES TUMEURSMUTATIONS DE GENES DE LA VOIE RAS DANS LES TUMEURS
MUTATIONS DE RASAdénocarcinome du poumon 33% KAdénocarcinome du colon 44% KAdénome du colon 13-50%Adénocarcinomes du pancréas 85% KCarcinome de la thyroïde 55% H,K,NLeucémie aiguë lymphoblastique 15% K,N
RAF
SosGrb2PP
RAS
GTP
GDP
RAS GTPRAS GDP
RAS GAP
Pi
Cycle de RAS
X
KRAS>NRAS>HRAS
MUTATIONS DE GENES DE LA VOIE RAS DANS LES TUMEURS
Roberts et Der, Oncogene 2007
sosGRB2
RAS
BRAF
MEK
ERK
EGFR
TGFαααα
EGFR : ErbB1 / HER1ErbB2 / HER2 / Neu
Surexpression d’EGFR• Cancer colorectal (27-77%)
• Cancer du pancréas (30-50%)• Cancer du poumon (40-80%)
Mutations de RAS• Cancer du pancréas (90%)
• Cancer de la thyroïde (60%)• Cancer du colon (50%)• Cancer du poumon (30%)
Mutations de BRAF• Mélanome (70%)
• Cancer de la thyroïde (50%)• Cancer du colon (10%)
Mutation d’EGFR• Glioblastome (30-50%)
• Cancer du poumon (10%)
MUTATIONS DE GENES DE LA VOIE RAS DANS LES TUMEURS
Roberts et Der, Oncogene 2007
Inhibiteurs de farnesyl transferaseBi-phosphonatesStatines
AZD6244ARRY142886UO126
SorafenibRaf265PLX4032
sosGRB2
RAS
BRAF
MEK
ERK
EGFR
TGFααααTrastuzumab(Herceptine™)Cetuximab(Erbitux™)
Inhibiteurs de TK
Erlotinib
Geftinib
Franklin et al. Nature Medecine 2006
Le processus peut être bloqué : • au niveau du récepteur par l’Herceptine ou PK166 • Au niveau de la phosphorylation d’Erk1/2 par l’inhibiteur de MEK UO126.
LA LEPRE LA LEPRE (Mycobacterium leprae)
M Leprae active les récepteurs ErbB2 à la surface des cellules de Schwann et entraîne leur démyélinisation.
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