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8.5 : Récepteurs Tyrosine Kinases (RTK) - Biologie


Les récepteurs tyrosine kinases médient les réponses à un grand nombre de signaux, y compris les hormones peptidiques comme l'insuline et les facteurs de croissance comme le facteur de croissance épidermique. Comme les GPCR, les récepteurs tyrosine kinases lient un signal, puis transmettent le message à travers une série de molécules intracellulaires, dont la dernière agit sur des protéines cibles pour modifier l'état de la cellule.

Comme son nom l'indique, un récepteur tyrosine kinase est un récepteur de surface cellulaire qui possède également une activité tyrosine kinase. Le domaine de liaison du signal du récepteur tyrosine kinase se trouve à la surface cellulaire, tandis que l'activité enzymatique de la tyrosine kinase réside dans la partie cytoplasmique de la protéine (voir figure ci-dessus). Une hélice alpha transmembranaire relie ces deux régions du récepteur.

Que se passe-t-il lorsque les molécules signal se lient aux récepteurs tyrosine kinases ?

La liaison des molécules de signal aux domaines extracellulaires des molécules de récepteur de tyrosine kinase provoque la dimérisation de deux molécules de récepteur (se réunissant et s'associant). Cela rapproche les queues cytoplasmiques des récepteurs et provoque l'activation de l'activité tyrosine kinase de ces queues. Les queues activées se phosphorylent ensuite sur plusieurs résidus tyrosine. C'est ce qu'on appelle l'autophosphorylation.

La phosphorylation des tyrosines sur les queues des récepteurs déclenche l'assemblage d'un complexe de signalisation intracellulaire sur les queues. Les tyrosines nouvellement phosphorylées servent de sites de liaison pour les protéines de signalisation qui transmettent ensuite le message à d'autres protéines. Une protéine importante qui est ensuite activée par les complexes de signalisation sur les récepteurs tyrosine kinases est appelée Ras.

La protéine Ras est une protéine de liaison aux nucléotides guanine monomère qui est associée à la face cytosolique de la membrane plasmique (en fait, elle ressemble beaucoup à la sous-unité alpha des protéines G trimères). Tout comme la sous-unité alpha d'une protéine G, Ras est active lorsque GTP y est lié et inactive lorsque GDP y est lié. De plus, comme la sous-unité alpha, Ras peut hydrolyser le GTP en GDP.

Lorsqu'un signal arrive au récepteur tyrosine kinase, les monomères récepteurs se rassemblent et phosphorylent les tyrosines les uns des autres, déclenchant l'assemblage d'un complexe de protéines sur la queue cytoplasmique du récepteur. L'une des protéines de ce complexe interagit avec Ras et stimule l'échange du GDP lié au Ras inactif contre un GTP. Cela active le Ras.


Ras activé déclenche une cascade de phosphorylation de trois protéines kinases, qui relaient et distribuent le signal. Ces protéines kinases sont membres d'un groupe appelé MAP kinases (Mitogen Activated Protein Kinases). La kinase finale de cette cascade phosphoryle diverses protéines cibles, notamment des enzymes et des activateurs transcriptionnels qui régulent l'expression des gènes.

La phosphorylation de diverses enzymes peut modifier leurs activités et déclencher de nouvelles réactions chimiques dans la cellule, tandis que la phosphorylation des activateurs de la transcription peut modifier les gènes exprimés. L'effet combiné des modifications de l'expression des gènes et de l'activité protéique modifie l'état physiologique de la cellule.

Encore une fois, en suivant le chemin de la transduction du signal médiée par les RTK, il est possible de discerner le même schéma d'événements de base : un signal est lié par les domaines extracellulaires des récepteurs tyrosine kinases, entraînant la dimérisation du récepteur et l'autophosphorylation des queues cytosoliques, transmettant ainsi le message à l'intérieur de la cellule.

Le message est transmis via un complexe de signalisation à Ras qui stimule alors une série de kinases. La kinase terminale de la cascade agit sur les protéines cibles et provoque des changements dans les activités protéiques et l'expression des gènes.

Les descriptions ci-dessus fournissent une esquisse très simple de certaines des principales classes de récepteurs et traitent principalement des détails mécanistiques des étapes par lesquelles les signaux reçus par divers types de récepteurs provoquent des changements dans les cellules. Une leçon importante à retenir est la similitude essentielle des différentes voies.

Un autre point à garder à l'esprit est que bien que nous ayons examiné chaque voie individuelle de manière isolée, une cellule reçoit à tout moment plusieurs signaux qui déclenchent une variété de réponses différentes à la fois. Les voies décrites ci-dessus présentent un degré considérable de "diaphonie" et la réponse à tout signal donné est affectée par les autres signaux que la cellule reçoit simultanément. La multitude de récepteurs différents, de signaux et leurs combinaisons sont les moyens par lesquels les cellules sont capables de répondre à une énorme variété de circonstances différentes.


Récepteur lié aux enzymes

Les récepteurs liés à une enzyme n'ont qu'un seul domaine transmembranaire par sous-unité protéique, avec un site catalytique enzymatique du côté cytoplasmique du récepteur (voir Figure 1-1, C ). Pour beaucoup de ces récepteurs, la dimérisation active le récepteur pour fournir le changement conformationnel requis pour l'expression de l'activité enzymatique. Les sites cytoplasmiques les plus importants ont l'une des fonctions suivantes : (1) activité tyrosine kinase, (2) activité tyrosine phosphatase, (3) activité sérine ou thréonine kinase, ou (4) activité guanylyl cyclase. Pour les types 1 et 3, l'autophosphorylation du récepteur se produit également aux sites tyrosine et aux sites sérine/thréonine, respectivement. La figure 1-2 montre comment certains de ces récepteurs se dimérisent après la liaison d'un agoniste médicamenteux.

De nombreuses formes de cancer semblent impliquer des variantes mutantes de récepteurs liés à une enzyme dans lesquels le site catalytique ou la protéine kinase non réceptrice associée est activé en continu. Environ la moitié de tous les oncogènes découverts à ce jour codent pour des protéines kinases activées en continu.


Résumé

Au cours de la progression de la croissance tumorale vers la métastase, des signaux d'intégrine spécifiques permettent aux cellules cancéreuses de se détacher des cellules voisines, de réorienter leur polarité pendant la migration, de survivre et de proliférer dans des microenvironnements étrangers. Il existe de plus en plus de preuves que certaines intégrines s'associent aux récepteurs tyrosine kinases (RTK) pour activer les voies de signalisation qui sont nécessaires à l'invasion tumorale et aux métastases. L'effet de ces intégrines pourrait être particulièrement important dans les cellules cancéreuses qui ont des mutations activatrices, ou des amplifications, des gènes qui codent ces RTK.


2. Mécanisme d'action biochimique de la tyrosine kinase

Les tyrosine kinases sont des enzymes qui phosphorylent sélectivement les résidus de tyrosine dans différents substrats. Les récepteurs tyrosine kinases sont activés par la liaison d'un ligand à leur domaine extracellulaire. Les ligands sont des molécules de signal extracellulaires (par exemple EGF, PDGF, etc.) qui induisent la dimérisation du récepteur (à l'exception du récepteur de l'insuline). Différents ligands emploient différentes stratégies par lesquelles ils obtiennent la conformation dimère stable. Un ligand peut se lier à deux molécules réceptrices pour former un complexe ligand 1:2 récepteur, par ex. l'hormone de croissance et le récepteur de l'hormone de croissance, tandis que dans d'autres cas, deux ligands se lient simultanément à deux récepteurs. Complexe de récepteur de ligand 2:2 et fournit le mécanisme le plus simple de dimérisation du récepteur, par ex. VEGF et VEGFR. La dimérisation des récepteurs est également stabilisée par les interactions entre les récepteurs et les récepteurs. Certains récepteurs de ligands ne sont pas suffisants pour certains complexes et sont stabilisés par des molécules accessoires, par ex. Les FGF sont incapables d'activer le complexe FGFR et sont stabilisés par les protéoglycanes sulfate d'héparine (HSPG). La liaison du ligand au domaine extracellulaire stabilise la formation de gradateurs actifs et par conséquent l'activation de la protéine tyrosine kinase.

Des études structurales du noyau catalytique de plusieurs RTK, soutenues par des études biochimiques et cinétiques de la phosphorylation des récepteurs ont fourni la preuve que l'oligomérisation des récepteurs augmente la concentration locale des RTK, conduisant à une transphosphorylation efficace des résidus tyrosine dans la boucle d'activation du domaine catalytique. Lors de la phosphorylation de la tyrosine, la boucle d'activation adopte une conformation ouverte qui donne accès à l'ATP et aux substrats et effectue le transfert d'ATP du Mg-ATP au résidu tyrosine sur le récepteur lui-même et sur les protéines cellulaires impliquées dans la transduction du signal.

Le domaine catalytique intracellulaire de liaison à l'ATP qui catalyse l'autophosphorylation du récepteur affiche le plus haut niveau de conservation entre les RTK. Le site de liaison ATP sert de site d'amarrage pour la liaison spécifique de protéines de signalisation cytoplasmiques contenant des domaines d'homologie Src-2 (SH2) et de liaison à la protéine tyrosine (PTB). Ces protéines recrutent à leur tour des molécules effectrices supplémentaires ayant un domaine d'homologie (PH) SH2, SH3, PTB et Pleckstrin. Cela se traduit par l'assemblage de complexes de signalisation vers le récepteur activé et la membrane et l'activation subséquente d'une cascade de signaux biochimiques intracellulaires, ce qui conduit à l'activation ou à la répression de divers sous-ensembles de gènes et définit ainsi la réponse biologique aux signaux. Au cours de ces processus, les récepteurs migrent à l'intérieur de la membrane plasmique et sont internalisés par une invagination recouverte de clathrine, qui finit par se sceller et former une vésicule endocytaire. Les vésicules endocytiques fusionnent avec les lysosomes et au cours du processus, le récepteur et le ligand peuvent être dégradés par les enzymes lysosomales. Les récepteurs sont également recyclés dans certains cas. Pendant tout le processus d'internalisation du récepteur, le complexe ligand-récepteur est dissocié, ce qui entraîne l'arrêt de la réaction de signalisation.


Résultats

Relations évolutives entre les tyrosine kinases de vertébrés

Nous avons d'abord étudié les relations évolutives entre les 58 RTK et 32 ​​CTK connus chez l'homme (Robinson et al. 2000 Lemmon et Schlessinger 2010) grâce à une analyse phylogénétique du domaine TK ( fig. 1 ). Ni les RTK ni les CTK ne formaient des groupes monophylétiques clairement distincts, et de nombreux liens entre les sous-familles RTK et CTK n'étaient soutenus que par de faibles valeurs de bootstrap. Par conséquent, la phylogénie obtenue n'était pas assez robuste pour établir avec certitude un scénario expliquant le basculement évolutif entre les RTK et les CTK par le gain versus la perte de domaines extracellulaires et transmembranaires. Ni l'analyse de la synténie ni l'étude de la phase et de la position des introns le long du domaine TK n'ont révélé d'informations supplémentaires importantes pour évaluer les relations entre les RTK et les CTK (fig. 1, fig. supplémentaires S1 et S2, Supplementary Material en ligne).

Analyse phylogénétique par Maximum-Vraisemblance de toutes les tyrosine kinases réceptrices transmembranaires (en rouge) et des tyrosine kinases cytoplasmiques non réceptrices (en vert) décrites chez l'homme. L'alignement est basé sur le domaine tyrosine kinase commun et ces protéines sont enracinées par les kinases PRKCD et MELK. Bootstrap répliques : 1 000. Les noms des familles de gènes sont indiqués dans la colonne de droite de l'arbre. Les gènes qui sont à proximité immédiate dans le génome humain sont également indiqués sur la droite en utilisant le même code couleur que les autres gènes intercalés sont en gris.

Au sein des RTK, certaines des 20 sous-familles sont regroupées dans la phylogénie moléculaire du domaine TK avec des valeurs de bootstrap significatives ( fig. 1 ). Un regroupement phylogénétique a été trouvé pour les sous-familles Tie/Fgfr/Ret/Vegfr/Pdgfr, Met/Ryk/Tam, Alk/Ros1/Insr et Ddr/Ror/Musk/Trk, ainsi qu'entre Lmr et Styk1 mais avec un bootstrap inférieur valeur. Les récepteurs Ephrin (Eph, subdivisés en EphA et EphB) et la sous-famille Erbb formaient des sous-groupes distincts. Ptk7 n'était pas particulièrement lié à un autre RTK.

Le regroupement de la sous-famille RTK obtenu à l'aide de la séquence du domaine TK a été confirmé par une analyse phylogénétique basée sur les caractéristiques des introns (figs supplémentaires S1 et S2, Supplementary Material en ligne). De plus, 13 des 20 sous-familles RTK, y compris les groupes Tie/Fgfr/Ret/Vegfr/Pdgfr, Met/Ryk/Tam et Alk/Ros1/Insr ainsi que Lmr et Styk1 sont tous rejoints par une phase-2 intron, suggérant une origine commune de tous ces gènes. Styk1 est plus particulièrement associé aux sous-familles Vegfr/Pdgfr/Ret/Fgfr/Tie et partage avec elles trois introns. Dans ce groupe de gènes, tous sauf les gènes Tie sont caractérisés par un domaine TK subdivisé en deux parties (Lemmon et Schlessinger 2010). Les Lmr gène partage des introns communs avec Alk/Ros1/Insr. Avec leur petit domaine extracellulaire par rapport aux longs et distincts domaines caractérisant tous les autres RTK, Lmr et Styk1 peuvent ne pas être considérés comme authentique Les RTK et leur position phylogénétique dans l'arbre des domaines des TK suggèrent qu'ils sont en effet divergents (fig. 1, la base de données de la protéine humaine kinome, www.kinase.com/human/kinome Manning et al. 2002). Cependant, ils ont un domaine transmembranaire et leur domaine kinase partage une forte similarité de séquence avec d'autres RTK. Les homologies basées sur les introns suggèrent que Lmr et Styk1 dérivent des RTK, la brièveté de leur région extracellulaire reflète probablement des réductions secondaires ou des pertes du domaine du récepteur extracellulaire.

Au sein de la sous-famille Eph, EphA et EphB, qui n'étaient pas clairement séparés par la phylogénie moléculaire de la séquence du domaine TK, pouvaient être distingués par un intron (EphA possède un intron de phase 1 supplémentaire par rapport au EphB).

Le répertoire RTK des vertébrés à mâchoires a été largement façonné par les groupes de travail ancestraux

Nous avons analysé 7 376 gènes RTK (tableau supplémentaire S1, matériel supplémentaire en ligne) qui ont été récupérés à partir de 143 espèces couvrant tous les principaux clades parmi les vertébrés à mâchoires. Étant donné que seuls quelques RTK ont été décrits chez certaines espèces, nous nous sommes concentrés sur les 47 espèces avec le plus grand ensemble de RTK ( fig. 2), mais avons ajouté des informations provenant des autres espèces pour confirmation (tableau supplémentaire S1, Matériel supplémentaire en ligne). En particulier, les espèces apparentées ont été analysées lorsqu'elles étaient disponibles pour différencier l'absence réelle d'un gène spécifique à la lignée des assemblages de génomes incomplets ou des annotations de gènes. Les relations évolutives entre les gènes ont été évaluées par la phylogénie des séquences protéiques (fig. S3, matériel supplémentaire en ligne) et l'analyse de la synténie (fig. S4, matériel supplémentaire en ligne). Au total, 63 gènes RTK représentant 20 sous-familles ont été trouvés chez des espèces de vertébrés non-téléostéens (y compris le lépisosté tacheté et le requin éléphant).

Représentation schématique de l'occurrence des récepteurs tyrosine kinases dans 47 espèces représentatives de vertébrés. Une case blanche est utilisée lorsqu'aucune séquence, même partielle, n'a été trouvée dans une espèce, qui est nommée à gauche. Les cases jaunes font référence à l'absence d'un gène dans un groupe taxonomique d'espèces, qui sont indiqués sur la droite. D'autres cases de couleur unie sont utilisées lorsqu'une séquence, même partielle, a été trouvée. Les gènes dupliqués de la duplication du génome entier spécifique aux téléostéens sont représentés par des doubles carrés. La phylogénie du haut fait référence à une analyse phylogénétique de probabilité maximale des RTK trouvés chez l'homme et dans d'autres espèces de vertébrés pour ceux qui ont été perdus chez les mammifères (ephA4-Comme, axe-Comme, ddr2-Comme, kdr-comme, et styk1-comme, voir les détails dans la fig. S3, matériel supplémentaire en ligne). Toutes les sous-familles effondrées sont enracinées par des deutérostomes non vertébrés et ont une valeur de bootstrap significative. La liaison des gènes dupliqués en tandem dans les sous-familles vegfr et pdgfr est représentée.

Pour évaluer l'évolution du répertoire RTK spécifique aux vertébrés, nous avons examiné les génomes de deutérostomes non vertébrés disponibles, c'est-à-dire les espèces d'amphioxus, d'ascidies, de ver gland et d'oursins, en utilisant les gènes RTK humains comme requêtes. A l'exception de Eph (plusieurs gènes chez les non-vertébrés) et Pdgfr (pas de séquence orthologue claire chez les non-vertébrés, mais voir ci-dessous), 18 des 20 sous-familles RTK avaient généralement un seul gène représentatif parmi les deutérostomes non-vertébrés (fig. 3 et figure supplémentaire S5, Matériel supplémentaire en ligne). Pour Met, Tie et Eph, des duplications spécifiques à la lignée ont été trouvées dans l'ascidie et/ou l'amphioxus.

Analyse phylogénétique par Maximum-Vraisemblance de tous les gènes des récepteurs transmembranaires de la tyrosine kinase observés chez l'homme (en rouge) et ceux perdus chez l'homme mais trouvés chez d'autres espèces (en bleu) (ephA4-Comme, axe-Comme, ddr2-Comme, kdr-comme, et styk1-comme en rouge). Ces gènes ont été alignés avec les protéines RTK trouvées dans les deutérostomes non vertébrés (en noir), qui enracinent toutes les sous-familles RTK à l'exception de la sous-famille pdgfr. Bootstrap répliques : 1 000. Seules les principales valeurs de bootstrap aux nœuds phylogénétiques clés ont été conservées.

Une expansion spécifique aux vertébrés a été observée pour la plupart des familles RTK ( fig. 3 ). Seules cinq sous-familles RTK sur 20 contiennent un seul gène : Ryk, Ros1, Musc, Ptk7, et Ret. Cinq autres sous-familles sont constituées de deux gènes : Met (Rencontré/Mst1r), Alk (Alk/Ltk), Ror (Ror1/Ror2), Attacher (Cravate1/Tek) et Styk1 (Styk1/Styk1-Comme). Quatre sous-familles sont formées par trois gènes : Insr (Insr/Igfr/Insrr), Ddr (Ddr1/Ddr2/Ddr2-like), Trk (Ntrk1/Ntrk2/Ntrk3) et Lmr (Aatk/Lmtk2/Lmtk3). Quatre sous-familles ont conservé l'ensemble complet des quatre gènes : Erbb (Egfr/Erbb2/Erbb3/Erbb4), Tam (Tyro3/Axe/Axe-Comme/Mertk), Vegfr (Flt1/Kdr/Kdr-Comme/Flt4), et Fgfr (Fgfr1/Fgfr2/Fgfr3/Fgfr4). La sous-famille Pdgfr est composée de cinq gènes et se subdivise en deux groupes monophylétiques constitués de Csf1r/Trousse/Flt3 et PdgfrA/PdgfrB (fig. 3 ). Enfin, la sous-famille Eph contient jusqu'à 15 gènes (voir ci-dessous). L'expansion observée du répertoire RTK à la base des vertébrés est cohérente avec l'implication des 1R/2R-WGD. Jusqu'à quatre copies ont été conservées dans environ 75 % des sous-familles RTK, selon le taux de rétention des gènes après rediploïdisation.

Pris ensemble, sans tenir compte de la sous-famille du gène Eph, qui a une histoire évolutive assez complexe, et Insrr, qui pourrait être le résultat d'une duplication segmentaire (voir ci-dessous), et si nous supposons que les sous-familles Vegfr/Pdgfr ont été formées à partir de trois gènes pré-WGD (voir ci-dessous), le taux de rétention des gènes RTK après 1R/2R est 58,75 % [47/(20*2*2)]. A titre de comparaison, 31 gènes CTK ont été conservés après duplications 1R/2R de 11 (ou 12) progéniteurs de sous-famille, avec un taux de rétention de 70,45% (soit 64,5%).

Après 1R/2R-WGD, des pertes de gènes spécifiques à la lignée contribuant aux différences de répertoire RTK se sont produites dans différents groupes de vertébrés. Axll a été perdu dans les tétrapodes, EphA4l et Styk1l dans les amniotes (sauropsides et mammifères), et Ddr2l chez les mammifères. Le quatrième membre de la famille Vegfr, que nous avons nommé Kdrl (Kdr-like) selon les données de synténie et la phylogénie de la sous-famille Vegfr, n'était pas maintenue chez les eutheriens. Des pertes de gènes plus restreintes ont également été détectées (par exemple, la Ltk gène chez les carnivores).

Deux sous-familles RTK ont également évolué par duplications locales ancestrales

Le Pdgfr (Flt3/Trousse/Csf1r, PdgfrA/PdgfrB) et Vegfr (Flt1/Kdr/Flt4) sont apparentées phylogénétiquement et de structure très similaire, avec cinq et sept domaines d'immunoglobuline (Ig) caractérisant la partie extracellulaire des protéines (Robinson et al. 2000 Lemmon et Schlessinger 2010). Étonnamment, les gènes de la sous-famille Pdgfr sont regroupés avec des gènes de la sous-famille Vegfr chez l'homme et d'autres vertébrés. Csf1r/PdgfrB sont organisés en tandem, et Kdr/Trousse/PdgfrA sont regroupés sans aucun autre gène intervenant ( fig. 4 ). Flt1 et Flt3 sont voisins et ne sont séparés que par un gène (non PTK) (Pan3). Flt4 est sur le même chromosome que le Csf1rPdgfrB tandem. Il n'y a qu'un seul gène trouvé dans les deutérostomes non vertébrés qui enracine la sous-famille du gène Vegfr, et aucun n'a été identifié pour la sous-famille Pdgfr ( fig. 3 et fig. supplémentaire S5, Supplementary Material en ligne). Pdgfr gènes ont la même phase d'intron et la même structure de position (111210012), qui diffère par un seul changement de phase et de position de l'intron par rapport au Végétarien gènes (111010012) (fig. supplémentaire S1, Matériel supplémentaire en ligne).

Scénarios possibles proposés pour l'évolution des sous-familles vegfr et pdgfr. SSD en tandem a initié l'amplification de cette sous-famille. Les séquences de leurs phases d'intron montrent les événements SSD. Le scénario 1 supporte en partie la phylogénie de vegfr, les gènes les plus anciens. Les membres d'autres familles de gènes, Cdx et Chic, en synténie avec les sous-familles vegfr et pdgfr approuvent ce scénario. La phylogénie de Trousse/Csf1r/Flt3 privilégie le scénario 2. Étant donné que les Vegfr sont les gènes ancestraux, et parce que les données synténiques et la phylogénie soutiennent le scénario 1, le gène perdu chez les eutherians devrait être nommé Kdrl.

Ensemble, ces observations suggèrent que l'ancêtre de la Pdgfr gènes a été dupliqué tête à tête en tandem à partir de l'ancêtre de la Végétarien gènes, très tôt à la base des vertébrés, avant les deux WGD ancestraux ( fig. 4 ). PdgfrA et PdgfrB les gènes sont plus liés les uns aux autres qu'aux trois autres membres de la sous-famille Pdgfr ( fig. 1 et 2 ). Cela suggère que l'ancêtre PdgfrA/B gène a été généré à partir d'une autre duplication en tandem, cette fois-ci en tête-à-tête, à partir de la copie précédemment dupliquée. Ainsi, les sous-familles Vegfr et Pdgfr sont probablement issues de deux duplications en tandem d'un même ancêtre ( fig. 4 ).

La sous-famille Eph (EphA/B) présente une image plus complexe et les relations évolutives entre les gènes membres sont plus difficiles à démêler. Jusqu'à 15 gènes ont été détectés chez les vertébrés. De plus, les Eph&# x02019s sont également dupliqués dans d'autres lignées de chordés, avec au moins six copies dans l'ascidie Ciona et deux dans l'amphioxus, et un seul gène Eph est présent dans le superphylum Ambulacraria, plus éloigné, représenté par l'oursin et le ver gland (fig. 2 et 3 et fig. supplémentaire S5, Supplementary Material en ligne). Cela suggère soit une expansion indépendante spécifique à la lignée de la famille de gènes Eph dans différents groupes de chordés, soit l'existence de duplications dans les ancêtres des chordés avant les 1R/2R-WGD. Aucun cas évident de duplication en tandem n'a été détecté dans cette sous-famille ( fig. 1 ). Dans EphB gènes, qui peuvent être clairement distingués des EphA gènes par un intron de phase 1, EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 forment un groupe monophylétique fortement soutenu, dans lequel EphB6 n'est pas inclus ( fig. 3 ). Fait intéressant, le EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 les gènes sont plus liés aux séquences Ciona qu'aux vertébrés EphB6. Cela suggère un événement de duplication du gène avant la scission urochordé/vertébré, avec des duplications ultérieures médiées par 1R/2R du EphB1/EphB2/EphB3/EphB4 ancêtre chez les vertébrés.

D'autres gènes pourraient également avoir été générés par des duplications locales de gènes. Par exemple, le EphA1 et Insrr les gènes sont retrouvés chez les espèces sarcoptérygiennes dont le coelacanthe, mais ni chez les actinoptérygiens ni chez le requin éléphant. Une explication simple de cette distribution implique des événements de duplication locale à la base des sarcoptérygiens, même si la perte des gènes chez les poissons cartilagineux et à nageoires rayonnées mais le maintien chez les coelacanthes/tétrapodes après 1R/2R-WGDs ne peuvent être exclus.

Le répertoire RTK des poissons téléostéens a été façonné par le 3R WGD

Les génomes des poissons téléostéens ont été façonnés par un troisième groupe de travail appelé 3R. Les poissons étudiés ici sont deux Ostariophysi (le poisson des cavernes, un characiforme et le poisson zèbre, un cypriniforme) et neuf espèces de Percomorpha, qui, avec la morue, appartiennent aux Neoteleostei. Le génome du gar Lepisosteus oculeatus a également été analysé. Ce poisson holostéen a divergé de la lignée de poissons qui comprend les téléostéens avant le 3R WGD, et devrait définir l'ensemble de gènes qui étaient présents avant le téléostéen WGD (Amores et al. 2011).

Selon l'ensemble de gènes RTK trouvés dans le gar, le coelacanthe et le requin éléphant, 61 gènes RTK existaient probablement avant l'événement 3R dans la lignée menant aux téléostéens. Parmi les 14 gènes Eph, huit doublons ont été conservés chez tous les poissons du 3R-WGD jusqu'à la scission entre Neoteleostei et Ostariophysi ( fig. 2 ). Un duplicata de EphA4l a ensuite été perdu dans le Neoteleostei, et un duplicata n'a pas été maintenu dans les deux représentants de l'Ostariophysi pour EphA6b et EphB1b. Parmi les 47 gènes RTK restants, 15 étaient dupliqués chez les téléostéens. Ros1 et Tek ont ​​ensuite été perdus dans le Neoteleostei, et un PdgfrB le double manque dans l'Ostariophysi.

Ensemble, 23 des 61 gènes RTK dupliqués par le 3R WGD ont été conservés dans au moins un groupe majeur de téléostéens. Cela fait 84 gènes RTK chez les représentants des téléostéens utilisés dans cette analyse, avec un taux de rétention de 68,8% [84/(61*2)]. Ces valeurs sont aussi élevées que celles obtenues pour les deux vertébrés ancestraux 1R/2R-WGD. Par conséquent, les téléostéens ont un répertoire de RTK considérablement plus important que les tétrapodes.


Partie I Introduction 1

1.1 Récepteurs et signalisation 3

1.1.1 Aspects généraux de la signalisation 3

1.1.2 Signaux verbaux et physiologiques 3

1.1.3 Critères de reconnaissance des émetteurs et des récepteurs 4

1.1.6 Similarités des récepteurs et des enzymes 4

1.2 Types de récepteurs et d'hormones 5

1.2.1 Superfamilles de récepteurs 5

1.3 Les récepteurs sont l'expression chimique de la réalité 6

2 Les origines de la pensée chimique 9

2.1 Aperçu de l'histoire pharmacologique précoce 9

2.1.1 Le développement d'une hypothèse chimique 9

2.1.2 Structure chimique et action médicamenteuse 10

2.1.3 Le site d'action des médicaments 10

2.2 Pharmacologie moderne 10

2.2.1 Langley et Ehrlich : les origines du concept de récepteur 10

2.2.2 Maturation du Concept Récepteur 13

2.3 Phylogénétique de la signalisation 13

2.3.1 Les premiers communicateurs 13

Partie II Fondamentaux 15

3 Membranes et protéines 17

3.1.1 La membrane cytoplasmique et l'importance des membranes cellulaires 17

3.1.2 Historique des modèles membranaires 17

3.1.2.1 Les rôles des protéines dans les membranes 18

3.1.2.2 Défis du modèle Danielli&ndashDavson 19

3.1.2.3 Une nouvelle vision des protéines membranaires 19

3.1.2.4 Le concept moderne des membranes et le modèle de la mosaïque fluide 19

3.1.3 Composants membranaires 19

3.1.3.2 Asymétrie et hétérogénéité des lipides membranaires 20

3.1.3.3 Construction membranaire et insertion de protéines 20

3.2 La nature et la fonction des protéines 21

3.2.1 Structures linéaires et tridimensionnelles 22

3.2.3 Structure secondaire 23

3.2.4 Structure tertiaire 24

4 Hormones comme premiers messagers 27

4.1 Hormones et communication cellulaire 27

4.1.1 Découverte des Hormones 27

4.2.1 Phéromones pour la signalisation entre individus 28

4.2.2 Archées et bactéries 28

4.2.3.2 Unikonts &ndash Amoebozoa, Champignons, Animaux 29

4.2.3.3 Phéromones d'invertébrés 31

4.2.3.4 Phéromones de vertébrés 31

4.3 Hormones et transmetteurs des vertébrés 31

4.3.1 Agonistes peptidiques et non peptidiques 31

4.3.2 Hormones peptidiques des récepteurs couplés aux protéines G 32

4.3.2.1 Axe hypothalamo-hypophysaire 32

4.3.2.2 Les hormones trophiques hypophysaires antérieures 34

4.3.3 Autres peptides neuronaux 35

4.3.3.2 Peptides transmetteurs non opioïdes 36

4.3.4 Peptides de sources non neuronales 36

4.3.4.1 Hormones du tube digestif 36

4.3.4.2 Hormones du tissu vasculaire 38

4.3.4.3 Hormones du sang 38

4.3.4.4 Hormones peptidiques des tissus reproducteurs 39

4.3.4.5 Hormones provenant d'autres tissus 39

4.3.5 Non-peptides agissant sur les récepteurs couplés aux protéines G 39

4.3.5.1 Transmetteurs dérivés d'acides aminés 39

4.3.5.2 Transmetteurs dérivés de nucléotides 40

4.3.5.3 Transmetteurs dérivés des lipides membranaires et des prostaglandines et cannabinoïdes 41

4.3.6 Émetteurs des canaux ioniques 41

4.3.7 Hormones des récepteurs kinases et récepteurs du facteur de croissance ndash 43

4.3.7.2 Facteurs de croissance analogues à l'insuline 43

4.3.7.3 Peptides natriurétiques 43

4.3.7.4 Molécules signal peptidiques importantes dans l'embryogenèse 43

4.3.7.5 Hormones de la glande pituitaire et somatotrophine et prolactine 43

4.3.8 Hormones des récepteurs nucléaires 44

4.3.8.2 Hormones nucléaires non stéroïdiennes 46

4.4 Analgésiques et venins en tant que ligands récepteurs 46

5.1 La matérialisation des récepteurs 47

5.2.1 Liaison de l'agoniste au récepteur 48

5.3.1 Approches précoces pour comprendre l'action des récepteurs 49

5.3.1.1 Le modèle d'occupation 49

5.3.1.2 Processus qui suivent l'activation du récepteur 52

5.3.1.3 Efficacité et récepteurs de rechange 52

5.3.2 Approches modernes de la théorie des récepteurs 52

5.3.2.1 Le modèle à deux États 52

5.3.2.2 Le modèle complexe ternaire 53

5.3.2.4 Modèle du complexe ternaire cubique (CTC) 55

5.3.3 Résumé des états modèles 55

5.4 Visualisation de la structure et de la fonction du récepteur 55

5.4.1 Détermination du récepteur Kd 55

5.4.2 Visualisation de la liaison de ligand 57

5.4.2.1 Préparation du récepteur 58

5.4.2.2 Études de liaison à l'équilibre 58

5.4.2.3 Études de compétition 58

5.4.3 Cristallographie aux rayons X des récepteurs natifs et liés aux agonistes 59

5.4.4 Marquage de la sonde (fluorescent et photoaffinité) 60

5.5 Approches protéomiques de l'efficacité des récepteurs 60

5.6 Facteurs physiques affectant la liaison aux récepteurs 61

5.6.2 Relation entre l'affinité et l'efficacité de l'agoniste et la distance parcourue après la libération 61

Partie III Types et fonctions des récepteurs 63

6 Transduction I : Canaux ioniques et transporteurs 65

6.1.1 Relations familiales 65

6.2 Canaux de petites molécules 66

6.2.1 Détecteurs osmotiques et d'étirement 66

6.2.2 Canaux cationiques voltage-dépendants 66

6.2.2.1 Historique des études sur les canaux voltage-dépendants 66

6.2.2.2 Structure et physiologie des canaux ioniques 68

6.2.3 Canaux Potassiques 68

6.2.4.1 Canaux bactériens Na+ 70

6.2.4.2 Canaux Na+ vertébrés 70

6.2.6 Canaux cationiques non dépendants de la tension et canaux de potentiel de récepteur transitoire (TRP) 72

6.3.1 Pompes et diffusion facilitée 73

6.3.2 Le canal chlorure 76

6.4 Principales protéines intrinsèques 76

6.4.2 Transporteurs de glycérol 77

6.5 Canaux ioniques à déclenchement par ligand 77

6.5.1 Domaines Four-TM &ndash les récepteurs Cys-Loop 77

6.5.1.1 Les canaux Four-TM pour Cations 78

6.5.1.2 Les canaux Four-TM pour les anions 80

6.5.2 Domaines à trois TM et récepteurs ionotropes du glutamate 82

6.5.2.1 Canaux Glutamate-Gated 82

6.5.2.2 Récepteur 82 de N-méthyl-D-aspartate (NMDA)

6.5.2.3 Récepteurs non NMDA 82

6.5.3 Deux domaines TM &ndash Récepteurs ATP-Gated (P2X) 82

7 Transduction II : Récepteurs couplés aux protéines G 85

7.1.2 Transduction sensorielle 87

7.1.2.1 Chimioréception chez les non-mammifères 87

7.1.2.2 Chimioréception chez les mammifères 87

7.2 Familles de récepteurs couplés aux protéines G 89

7.3 Mécanismes de transduction 89

7.3.1 Découverte du contrôle des récepteurs du métabolisme et des protéines AMP et G cycliques 89

7.3.1.1 Composants du processus d'activation métabolique 89

7.3.1.2 Découverte de l'AMP 90 cyclique

7.3.1.3 Découverte des protéines G 90

7.3.2 Actions des protéines G 91

7.3.2.2 Rôles des sous-unités bêta et gamma 95

7.3.3 Protéines qui améliorent (GEF) ou inhibent (GAP) la liaison GTP 96

7.3.4 Amplification du signal 97

7.3.5 Cessation du signal &ndash Plusieurs processus diminuent l'activité des récepteurs 97

7.3.6 Interactions entre les récepteurs et les protéines G 97

7.3.7 Résumé des actions des GPCR : agonistes, récepteurs, protéines G et cascades de signalisation 98

7.4 Les grandes familles de récepteurs couplés aux protéines G 99

7.4.1 Famille A &ndash Rhodopsin-Like 99

7.4.2 Famille B &ndash Sécrétine-Like 104

7.4.3 Famille C &ndash Glutamate métabotropique et récepteurs du goût sucré/umami 104

7.4.3.1 Récepteurs du goût 1 (T1R) 105

7.4.3.2 Récepteurs de détection de calcium 106

7.4.4 Famille D &ndash Récepteurs d'adhérence 106

7.4.5 Famille F &ndash Récepteurs Frizzled-Lissé 106

7.4.6 Famille E &ndash Récepteurs AMP cycliques 106

7.4.7 Autres types de récepteurs couplés aux protéines G chez les eucaryotes 106

7.4.7.1 Récepteurs de phéromone d'accouplement de levure 106

7.4.7.2 Récepteurs du goût des insectes 106

7.4.7.3 Chémorécepteurs des nématodes 106

8 Transduction III : Récepteurs Kinases et Immunoglobulines 107

8.2 Récepteurs pour la division cellulaire et le métabolisme 108

8.2.1 Aperçu des membres de la famille 108

8.2.2 Fonctions générales du RTK 108

8.2.2.1 Domaines extracellulaires 108

8.2.2.2 Domaines intracellulaires 109

8.2.3 Sous-familles des récepteurs tyrosine kinase 110

8.2.3.1 Sous-famille de récepteurs EGF 111

8.2.3.2 Sous-famille des récepteurs à l'insuline 111

8.2.3.3 Sous-familles de récepteurs FGF et PDGF 111

8.2.3.4 Sous-famille 111 des récepteurs NGF

8.3 Récepteur Sérine/Thréonine Kinases 112

8.3.1 Transforming Growth Factor-Beta (TGF-&beta) Récepteur 112

8.4 La sous-famille des récepteurs de la guanylyl cyclase et les récepteurs peptidiques natriurétiques 112

8.5 Molécules non kinases et récepteurs LDL ndash 113

8.5.1 Transport du cholestérol 113

8.5.2 Le récepteur des lipoprotéines de basse densité (LDL) 114

8.5.2.1 Puits revêtus de clathrine 114

8.6 Signalisation de contact de cellule et de cellule 115

8.6.1 Signalisation Notch&ndashDelta 115

8.7 Récepteurs du système immunitaire, anticorps et cytokines 115

8.7.1 Les réponses immunitaires innées 115

8.7.2 Les cellules et molécules du système immunitaire adaptatif 116

8.7.3 Récepteurs des lymphocytes T et immunoglobulines 116

8.7.4 Molécules de surface cellulaire 117

8.7.4.1 Les protéines du CMH 117

8.7.4.2 Récepteurs des cellules B et T 118

9 Transduction IV : Récepteurs nucléaires 121

9.2 Actions génomiques des récepteurs nucléaires 122

9.2.1 Familles de récepteurs nucléaires 122

9.2.2 Contrôle de la transcription 122

9.2.3 Récepteurs nucléaires constitutivement actifs 122

9.2.4 Récepteurs Ligandés 122

9.2.5 Historique des études sur les récepteurs de stéroïdes 123

9.2.6 Structure du récepteur 123

9.2.7 Le module de liaison de ligand 124

9.2.8 Le module de liaison à l'ADN 125

9.2.9 Actions nucléaires spécifiques 125

9.2.9.1 Famille 1 &ndashHormone thyroïdienne et récepteurs des vitamines A et D 125

9.2.9.2 Famille 2 &ndash Acides gras (HNF4) et récepteurs rétinoïques X (RXR) 127

9.2.9.3 Récepteurs stéroïdes de la famille 3 &ndash pour les œstrogènes, les androgènes, les progestatifs, les minéralocorticoïdes et les glucocorticoïdes 128

9.3 Actions des antagonistes des récepteurs 129

9.4 Actions non traditionnelles des hormones de type stéroïde et de leurs récepteurs 130

9.4.1 Récepteurs de progestérone à membrane cellulaire 131

9.4.2 Récepteurs minéralocorticoïdes et glucocorticoïdes de la membrane cellulaire 131

9.4.3 Récepteurs cellulaires de l'hormone thyroïdienne et de la vitamine A/D 131

9.4.4 Activation indépendante du ligand de la transcription 131

Demandes de la partie IV 133

10 Complexité de la signalisation 135

10.2 Détermination expérimentale des cascades de signalisation 135

10.2.2 MAPK : une cascade de phosphorylation 136

10.3 Transduction à travers la membrane 138

10.3.2 Récepteurs couplés aux protéines G 138

10.3.2.1 Autres transducteurs de type G-Protein-Like & ndash Ras 139

10.3.2.2 Autres transducteurs de type G-Protein-Like & ndash Ran 139

10.3.3 Agrégation et développement cellulaire 140

10.3.3.1 Coagrégation dans les bactéries 140

10.3.3.2 Agrégation chez les eucaryotes 140

10.3.3.3 Les molécules d'adhésion cellulaire 141

10.4 Complexité des rôles croisés et ndash de PIP3, Akt et PDK1 141

10.4.1 Cascades de signalisation utilisant PIP3 142

10.4.3 Récepteur Tyrosine Kinase 144

10.4.4 Récepteurs de cytokines et protéines JAK/STAT 144

10.4.5 Signalisation cellulaire combinée et actions GPCR et RTK 144

10.5.1 Activation constitutive versus inductible 144

10.6 Signalisation médiée par les molécules de gaz 146

10.6.3 Sulfure d'hydrogène 148

11 Interactions cellulaires dans le développement 149

11.2 Les origines de la multicellularité 150

11.2.1 Lignées multicellulaires chez les procaryotes 150

11.2.2 Lignées multicellulaires chez les eucaryotes 150

11.2.2.1 Chromalvéolates &ndash Généralement unicellulaires mais avec un seul clade multicellulaire 151

11.2.2.2 Archaeplastida &ndash algues et plantes 151

11.2.2.3 Amibozoaires, champignons, choanoflagellés et animaux 151

11.3 L'origine de la symétrie et des axes 152

11.3.1 Le plan du corps multicellulaire 152

11.3.2 Le Porifera &ndash asymétrique avec une seule couche cellulaire 152

11.3.3 Cnidaria & ndash symétrie radiale, deux couches cellulaires, tissus 153

11.4 Fécondation et organisation du plan corporel multicellulaire 154

11.4.1 Reconnaissance des spermatozoïdes et des œufs 154

11.4.1.1 Fertilisation des oursins 154

11.4.1.2 Fertilisation des mammifères 157

11.5 Différenciation des embryons triploblastiques & ndash organogenèse 158

11.5.2 L'origine des animaux triploblastiques 158

11.5.3 Développement dans Protostomes 159

11.5.3.1 Segmentation et formation d'organes chez la drosophile 159

11.5.3.2 Interactions cellulaires dans le développement ultérieur de la drosophile 161

11.5.4 Développement dans les deutérostomes 162

11.5.4.1 Développement précoce de la grenouille 162

11.6 Mort cellulaire programmée (apoptose) 165

11.6.1 Apoptose au cours du développement 166

11.6.2 Apoptose au cours de la vie adulte 166

12 Mécanismes récepteurs dans les processus pathologiques 169

12.1 Base génétique de la fonction de récepteur 169

12.1.1 Génotype et phénotype 169

12.1.2 Mécanismes de dominance classiques 169

12.1.3 Autres niveaux d'expression génique 170

12.1.4 Mutations pré-réceptrices 170

12.1.5 Mutations des récepteurs 171

12.1.6 Mutations post-récepteurs 171

12.2 Pathologies des récepteurs 171

12.2.1 Superfamille des canaux ioniques 171

12.2.1.1 Canaux calciques 172

12.2.1.2 Canaux de protéine réceptrice transitoire (TRP) 172

12.2.1.3 Canaux Na+ voltage-dépendants 172

12.2.1.4 Canaux Na+ à déclenchement par ligand 172

12.2.1.5 Transporteur de chlorure et fibrose kystique 172

12.2.2 Superfamille des récepteurs couplés aux protéines G 172

12.2.2.2 Maladies de la thyroïde 173

12.2.2.3 Maladies cardiovasculaires 173

12.2.3 Superfamille des immunoglobulines 176

12.2.3.1 Diabète sucré 176

12.2.3.2 Athérosclérose 176

12.2.4 Récepteurs de stéroïdes de la superfamille des récepteurs nucléaires et ndash 176

12.2.4.1 Altérations de la transcription 176

12.2.4.2 Effets supplémentaires 177

12.3 Mutations de signalisation menant au cancer 177

12.3.1 Pathogenèse du cancer 177

12.3.2 Le cancer en tant que maladie des molécules de signalisation 178

12.3.2.1 Oncogènes qui codent pour les émetteurs mutés 178

12.3.2.2 Oncogènes qui codent les RTK mutés 178

12.3.2.3 Oncogènes qui codent pour les protéines G mutées 179

12.3.2.4 Oncogènes qui codent pour les facteurs de transcription mutés et les récepteurs de stéroïdes ndash 180

13 Les récepteurs et l'esprit 181

13.1 Origines du comportement 181

13.1.1 Mémoire bactérienne à court terme 181

13.1.2 AnimauxSans Véritable Organisation Neurale : Le Porifera 182

13.1.3 Animaux avec des réseaux de neurones : Le Cnidaria 182

13.1.4 Animaux à symétrie bilatérale : l'Acoela 183

13.2.3.1 Synthèse et libération des transmetteurs cérébraux 185

13.2.3.2 Conversion de la mémoire à court terme en mémoire à long terme 186

13.3 Mémoire animale : Invertébrés 186

13.3.1 Découverte de la contribution de signalisation à la mémoire 186

13.3.2 Mécanismes des récepteurs des interactions avec les cellules nerveuses 186

13.3.2.1 Le réflexe de retrait des branchies de l'aplysie 186

13.3.2.2 Mécanismes sous-jacents à la sensibilisation et à la mémoire à court terme 187

13.3.2.3 Flux d'ions dans les potentiels d'action nerveuse 187

13.3.2.4 Consolidation en mémoire à long terme (LTP) 188

13.4 Mémoire animale : Vertébrés 188

13.4.1 Mécanismes intracellulaires de potentialisation 188

13.5 Récepteurs et comportement : addiction, tolérance et dépendance 190

13.5.1 Récepteurs opioïdes 190

13.5.1.1 Voies des neurones opioïdes dans le cerveau 191

13.5.1.2 Les peptides et récepteurs opioïdes 192

13.5.1.3 Mécanismes de transduction 192

13.5.1.4 Caractéristiques des réponses à la présence continue du médicament 192

13.5.2 Distributions individuelles et culturelles de la dépression 193

13.5.2.2 Polymorphismes dans les transporteurs de neurotransmetteurs 194

13.5.2.3 Polymorphismes dans les sous-types de récepteurs opioïdes 194

13.5.2.4 Polymorphismes dans les enzymes pour la disposition du transmetteur 194

13.5.2.5 Actions au niveau de la société 194

13.5.2.6 Mécanismes possibles 195

14 Évolution des récepteurs, des émetteurs et des hormones 197

14.1.1 Phylogénie de la communication : idées générales 197

14.2 Origines des émetteurs et des récepteurs 197

14.2.1 Évolution des processus de signalisation 197

14.2.2 Séquences homologues 198

14.2.2.1 Séquences orthologues et paralogues 198

14.2.3 Inférence phylogénétique 199

14.2.4 Illustration phylogénétique des relations entre les protéines 199

14.2.5 Duplication du génome entier (WGD) 200

14.2.6 Origines des nouveaux domaines 201

14.2.7 Adaptation des systèmes récepteurs 201

14.2.8 Coévolution des composants des voies de signalisation 202

14.2.9 Hormones peptidiques et leurs récepteurs 202

14.2.10 Récepteurs et leurs hormones non peptidiques 202

14.3 Évolution des hormones 202

14.3.1 Hormones peptidiques pour les récepteurs couplés aux protéines G 202

14.3.1.1 Les phéromones d'accouplement de levure 203

14.3.1.2 Les hormones trophiques hypophysaires antérieures 203

14.3.1.3 Les hormones de libération hypothalamique 203

14.3.1.4 Les hormones hypophysaires postérieures 203

14.3.1.5 Hormones peptidiques diverses 204

14.3.2 Hormones du récepteur Tyrosine Kinases 204

14.3.2.1 La famille de l'insuline 204

14.3.2.2 Les Neurotrophines 204

14.3.2.3 La famille des hormones de croissance 204

14.4 Évolution des superfamilles de récepteurs 205

14.4.1.1 Canaux voltage-dépendants 205

14.4.1.2 Canaux à déclenchement par ligand 205

14.4.2 Récepteurs couplés aux protéines G 206

14.4.2.1 Types de récepteurs couplés aux protéines G 206

14.4.2.2 Famille A Récepteurs &ndash Rhodopsin Famille 206

14.4.2.3 Famille B &ndash Sécrétine et récepteurs d'adhésion 207

14.4.2.4 Famille F &ndash Récepteurs crépus et lissés 208

14.4.2.5 Éléments de la voie de transduction GPCR 208

14.4.3 La superfamille des immunoglobulines 210

14.4.3.1 Le récepteur Tyrosine Kinases 210

14.4.3.2 Molécules du système immunitaire adaptatif 211

14.4.4 Récepteurs de stéroïdes, de vitamine A/D et d'hormones thyroïdiennes 211

14.4.4.1 Origine des récepteurs nucléaires : le rôle des ligands 211

14.4.4.2 Les familles de récepteurs nucléaires 211

14.4.4.3 Évolution ultérieure des récepteurs nucléaires et de l'exploitation du ligand 212


8.5 : Récepteurs Tyrosine Kinases (RTK) - Biologie

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Leçon 1 : Signalisation cellulaire

Aperçu/Objectifs

Après avoir terminé cette leçon, vous devriez être capable de :

  1. Définir le terme &ldquocell signalisation.&rdquo
  2. Décrire le principe général de la transduction du signal.
  3. Énumérez les types généraux de signaux.

Lectures et activités

  1. Lisez &ldquoCell Signaling&rdquo (pages 196&ndash198 du manuel).
  2. Vous pouvez également regarder deux conférences vidéo sur les mécanismes de signalisation pour toutes les leçons de cette unité :

    (Un lien vers ceci est également fourni à la page 196 du manuel.)

    (Notez que la version actuelle du manuel ne fournit pas cette URL.)

    Commentaire

    Tous les organismes, des unicellulaires aux multicellulaires complexes, sont capables de répondre à leur environnement et de coordonner leurs nombreuses activités cellulaires grâce à des mécanismes de transduction de signaux. La transduction du signal suit un principe général simple :

    Le signal se lie au récepteur &rarr Voie des intermédiaires &rarr Réponse des cellules cibles

    Ce principe général est illustré à la page 197 du manuel. Un schéma d'ensemble est ci-dessous :

    Adapté de : Université de Tokyo, Un guide complet des sciences de la vie, Fig. 14𔂫B, https://csls-text3.c.u-tokyo.ac.jp/active/14_01.html

    Il existe de nombreux types de récepteurs à la surface membranaire d'une cellule, qui transduisent les signaux de l'environnement. Les molécules qui se lient spécifiquement à ces récepteurs sont appelées ligands ou molécules signal. Les molécules de signal qui interviennent dans la transduction du signal entre les cellules sont appelées premiers messagers, et celles qui sont produites et mobilisées à l'intérieur des cellules dans la voie sont appelées seconds messagers.

    La liaison d'une molécule signal de l'extérieur d'une cellule à un récepteur provoque la transformation d'un récepteur et la stimulation d'autres molécules, appelée activation. Ces récepteurs activés activent ensuite d'autres molécules dans la cellule. Cette voie transmet les informations de l'environnement et amplifie la réponse cellulaire, garantissant que la cellule a une réponse appropriée au signal environnemental. Cette information peut être soit transmise au noyau, où elle influencera l'expression des gènes, soit transmise à des protéines intracellulaires ou à des organites impliqués dans les fonctions cellulaires.

    Maintenant que vous avez une compréhension de la transduction du signal, il est important de voir comment ces concepts généraux s'intègrent dans l'image plus large et plus détaillée de cet important processus cellulaire. Vous trouverez ci-dessous une figure détaillée des différentes voies de transduction du signal :

    Fichier : voies de transduction du signal.svg. Par cybertory, 2010. GFDL ou CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Signal_transduction_pathways.svg.

    Cette figure détaillée montre la complexité de certaines voies de transduction du signal dans la cellule. Comme le montre cette figure, il existe un certain nombre de voies dans les cellules, avec de nombreuses étapes et seconds messagers aboutissant à une variété de réponses cellulaires, qui dépendent du signal initial reçu. (Vous n'êtes responsable que du matériel mis en évidence dans le manuel et dans le commentaire du guide d'étude, vous n'êtes pas censé connaître toutes les étapes indiquées pour chaque voie de transduction du signal.)

    Il existe de nombreux excellents chiffres en ligne pour la transduction du signal, que vous pouvez également consulter. Même dans sa complexité, cette figure ne décrit pas toutes les réponses cellulaires et les seconds messagers possibles. Au fur et à mesure que vous avancez dans les autres leçons de cette unité et que vous en apprendrez davantage sur chaque type de récepteur et la voie de transduction qui en résulte, vous souhaiterez peut-être revenir à cette figure ou à d'autres que vous trouverez pour voir comment elles s'emboîtent toutes.

    Questions d'étude

    1. À la surface d'une cellule, pourquoi y a-t-il tant de types différents de récepteurs avec des spécificités de liaison à différentes molécules ?
    2. Quelles sont les trois étapes générales de la transduction du signal ?
    3. Énumérez deux manières générales dont la transduction du signal provoque un changement ou une réponse dans une cellule.

    Si vous souhaitez discuter de l'une de ces questions ou si vous avez besoin d'aide avec le matériel, veuillez contacter votre expert académique (AE) en envoyant un courriel au Centre de réussite des étudiants à [email protected]


    Fond

    Le cancer du sein est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les femmes dans le monde. L'incidence du cancer du sein varie considérablement dans le monde. Elle devrait toucher 0,2 million et entraînerait environ 41 070 décès en 2017 aux États-Unis [1]. Le cancer du sein apparaît à la suite d'une dérégulation de différentes voies de signalisation dans les cellules épithéliales mammaires. Les facteurs de croissance et les chimiokines activent diverses cascades de signalisation qui se croisent dans le microenvironnement tumoral et conduisent à la progression du cancer. Ils se lient à différentes familles de récepteurs. Rrécepteur Tyrosine Kles inases (RTK) constituent une de ces familles. Les RTK sont des protéines transmembranaires à passage unique, exprimées sur divers types de cellules, y compris celles du microenvironnement tumoral. Surexpression de divers types de RTK tels que les récepteurs du facteur de croissance épidermique (EGFR), les récepteurs du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGFR), les récepteurs du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR), les récepteurs du facteur de croissance analogue à l'insuline (IGFR) et les récepteurs du facteur de croissance des fibroblastes (FGFR) se retrouve dans différents types de cancer dont le sein [2,3,4]. Des niveaux élevés de RTK sont associés à une agressivité accrue du cancer du sein et à une diminution de la survie globale et sans maladie [5]. La liaison au ligand entraîne des changements de conformation dans les RTK qui entraînent l'activation de molécules de signalisation en aval. Les voies importantes qui sont connues pour être activées par les RTK comprennent la protéine kinase activée par les mitogènes (MAPK), la Janus kinase (JAK)/le transducteur de signal et l'activateur de transcription (STAT) et la phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt [6,7 ,8,9,10]. Les voies régulées par RTK jouent un rôle clé dans diverses facettes de la progression du cancer. La signalisation activée par RTK induit également le phénotype des cellules souches cancéreuses (CSC) qui présentent une résistance aux schémas thérapeutiques [6, 9]. La progression du cancer n'est pas seulement régulée par des réseaux de signalisation autonomes, mais également par des signaux moléculaires dépendants du contexte reçus du stroma tumoral. Le stroma tumoral est constitué de divers types de cellules non cancéreuses telles que des fibroblastes, des cellules endothéliales, des macrophages et d'autres cellules immunitaires [11]. L'interaction régulée par la signalisation RTK entre la tumeur et les cellules stromales contribue au remodelage tissulaire, au recrutement et à l'activation des cellules stromales. La survie des cellules cancéreuses disséminées dans les sites métastatiques nécessite la formation de la niche pré-métastatique par les cellules stromales. Les cellules stromales exprimant les RTK sont connues pour être recrutées sur les sites métastatiques et se sont avérées former une niche pré-métastatique grâce à la signalisation régulée par RTK [8]. Les RTK régulent également la trans-différenciation des cellules cancéreuses en cellules endothéliales pour former de nouveaux vaisseaux sanguins dans un processus connu sous le nom de mimétisme vasculogène [12, 13]. Étant donné que les RTK jouent un rôle important dans différents aspects de la progression du cancer du sein, le ciblage des RTK pourrait être utile dans le traitement du cancer. Au fil des ans, plusieurs inhibiteurs de RTK ont été criblés et testés dans des essais cliniques. Certains d'entre eux, comme le lapatinib, le trastuzumab et le bevacizumab, ont été approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) aux États-Unis pour la prise en charge clinique du cancer du sein. Fait intéressant, les inhibiteurs de RTK annulent la multirésistance aux médicaments conventionnelle induite par la thérapie et améliorent la survie sans maladie chez les patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique [14]. Même si la thérapie anti-RTK montre des avantages cliniques chez les patientes atteintes d'un cancer du sein, malheureusement, les cellules cancéreuses se développent de novo ou une résistance acquise qui limite le succès de la thérapie ciblée RTK [15]. Dans cette revue, nous traitons de la signalisation EGFR, VEGFR, PDGFR et FGFR dans la progression du cancer du sein, le maintien du phénotype des cellules souches cancéreuses, l'interaction tumeur-stroma et la résistance aux médicaments. De plus, cette revue aborde également les principaux défis liés au ciblage des RTK pour le traitement réussi du cancer du sein.

    Structure et classification des RTK

    Cinquante-huit RTK différents ont été caractérisés chez l'homme et ils ont été classés en 20 sous-familles différentes sur la base de caractéristiques structurelles. Chaque sous-famille RTK présente une organisation structurelle prototype ainsi que des caractéristiques spécifiques à la classe. Un prototype de RTK a un domaine de liaison de ligand extracellulaire et un domaine de tyrosine kinase intracellulaire séparés par un domaine transmembranaire. Les sous-familles de RTK sont (1) EGFR, (2) InsR, (3) PDGFR, (4) VEGFR, (5) FGFR, (6) PTK7/CCK4, (7) Trk, (8) Ror, (9) MuSK, (10) Met, (11) Axl, (12) Tie, (13) EphA/B, (14) Ret, (15) Ryk, (16) DDR1/2, (17) Ros, (18) LMR , (19) ALK et (20) SuRTK106/STYK1. Le domaine intracellulaire des RTK a une activité tyrosine kinase (domaine tyrosine kinase TKD). Ce domaine tyrosine kinase peut phosphoryler les résidus tyrosine dans cis (au sein de la même molécule) ou dans trans (résidant sur une molécule différente) (Fig. 1). Cette conception consensuelle des RTK s'est avérée être conservée au cours de l'évolution. Des mutations dans les RTK qui entraînent des anomalies structurelles se sont avérées être à l'origine de divers troubles.

    Structure du prototype du récepteur tyrosine kinase et mécanisme d'activation. Les récepteurs tyrosine kinases (RTK) ont les segments structurels suivants de N- à C-terminal : replis d'immunoglobuline, région transmembranaire, région juxtamembranaire, lobe N, boucle d'activation, lobe C et queue cytoplasmique. Les RTK résident au niveau de la membrane plasmique en tant que monomère. La liaison au ligand réticule les molécules réceptrices et induit des changements de conformation qui conduisent à l'autophosphorylation et à l'activation des récepteurs. La RTK phosphorylée sert soit de site d'amarrage pour les protéines adaptatrices (B), soit peut directement phosphoryler les molécules de signalisation (A). Les protéines adaptatrices ou les molécules de signalisation se lient au récepteur phosphorylé via l'homologie Src 2 (SH2) ou le domaine de liaison à la phosphotyrosine (PTB). Les protéines adaptatrices ancrées transduisent davantage le signal en phosphorylant d'autres molécules en aval (C, D)

    Les RTK sont activés par la liaison de ligands solubles. Certains des RTK (DDR1, DDR2) sont activés non par des ligands solubles mais par des fibres de collagène de la matrice extracellulaire [16]. Deux événements obligatoires dans l'activation de RTK sont la liaison au ligand et la dimérisation du récepteur. Bien que l'idée antérieure était que la liaison de ligands apparentés aboutit finalement à la dimérisation du récepteur, il a été constaté que peu de RTK sont oligomères même en l'absence de ligands [17]. L'EGFR est principalement présent sous forme de monomère alors que le récepteur de l'insuline est présent sous forme de dimère sur la membrane cellulaire [18]. Néanmoins, l'activation du récepteur nécessite la liaison du ligand et la dimérisation ou l'oligomérisation consécutive du premier dans un état actif. Différents mécanismes de dimérisation des récepteurs induite par la liaison de ligands ont été expliqués pour différentes classes de RTK par différents groupes de recherche. Les mécanismes comprennent deux extrêmes où l'interface dimère est entièrement formée soit par le ligand soit par les molécules réceptrices. Les deux autres mécanismes incluent la participation à la fois du ligand et du récepteur pour la formation de l'interface dimère et dans un autre cas la participation d'une molécule accessoire. Un exemple du premier mécanisme est l'activation du récepteur du facteur de croissance nerveuse (NGF), TrkA, où seules deux molécules de NGF forment l'interface dimère et aucun des domaines extracellulaires du récepteur n'entre en contact physique avec la molécule voisine [19, 20]. Les ligands qui activent les membres de la famille EGFR ne forment pas eux-mêmes de dimères, ils se lient plutôt à deux domaines différents de la même molécule et induisent des changements de conformation favorables qui conduisent à la formation d'une interface dimère par les molécules réceptrices [21]. Le facteur de cellules souches (SCF) se lie à son récepteur, KIT et induit une dimérisation du récepteur où l'interface dimère est formée à la fois par les molécules du ligand et du récepteur [22]. Dans le cas du FGFR, la molécule d'héparine stabilise la configuration du dimère du FGFR après la liaison du ligand (facteur de croissance des fibroblastes (FGF)) [23].

    En l'absence de ligands apparentés, les RTK sont maintenus dans un état inactif par des mécanismes d'auto-inhibition. Deux mécanismes d'auto-inhibition différents ont été décrits pour différentes familles de RTK. Le TKD des RTK contient trois éléments essentiels, le lobe N, le lobe C et la boucle d'activation [24]. Dans le mécanisme d'auto-inhibition médiée par la boucle d'activation, la boucle d'activation établit un contact physique avec le site actif de TKD. Un résidu tyrosine critique dans la boucle d'activation est phosphorylé et l'activité tyrosine kinase est auto-inhibée dans cis [25]. Dans l'autre mécanisme, les séquences juxtamembranaires entrent en contact étendu avec le site actif du TKD et ce dernier est arrêté dans une conformation inactive auto-inhibée [26,27,28]. La liaison au ligand induit des changements conformationnels favorables qui éliminent les autoinhibitions après la dimérisation des récepteurs. Les RTK activés peuvent recruter de nombreuses molécules effectrices en aval. Ces molécules contiennent des domaines SH2 ou PTB qui fixent les résidus phosphotyrosine sur les RTK [29]. Ces protéines peuvent soit interagir directement avec les RTK activés, soit interagir avec d'autres protéines d'amarrage qui sont phosphorylées sur la tyrosine par les RTK. Certaines des protéines d'amarrage bien connues qui orchestrent la formation de grands complexes protéiques en aval de l'activation de RTK sont le substrat du récepteur FGF 2 (FRS2), le substrat du récepteur de l'insuline 1 (IRS1) et le liant associé à Grb2 1 (Gab1). Certaines des protéines d'amarrage ont une spécificité en termes de classes de RTK auxquelles elles se lient, tandis que d'autres protéines d'amarrage se lient aux membres de RTK dans différentes familles. Un seul RTK peut lier différents ligands. L'EGFR se lie à sept ligands différents [30]. La force de l'interaction avec RTK varie pour ces différentes molécules de ligand. Les attributs de la conformation active du récepteur dimérisé diffèrent grandement pour différents ligands. Différentes conformations dimères actifs de RTK activent différentes cascades de signalisation en aval [31]. Les réarrangements et mutations de gènes confèrent certaines caractéristiques structurelles aux RTK qui entraînent une dimérisation et une activation de récepteurs indépendantes du ligand. L'activation aberrante des RTK par de tels moyens peut conduire à une physiopathologie différente. Les réarrangements géniques peuvent conduire à des conformations anormales de spirale enroulée et de fermeture à glissière leucine du domaine extracellulaire qui induisent une association indépendante du ligand des RTK. Des mutations résultant en des résidus de cystéine dans le domaine extracellulaire peuvent également induire une association permanente de deux monomères RTK [32]. Les mutations du domaine transmembranaire peuvent également entraîner une dimérisation constitutive des RTK conduisant à certaines physiopathologies [33]. Outre la classification décrite ci-dessus, les RTK ont également été classés en fonction de la similitude de la signalisation en aval et du modèle d'expression à travers les tissus.Trois de ces classes sont (1) EGFR/FGFR1/c-Met, (2) IGF-1R/NTRK2 et (3) PDGFRβ [34].

    Cellules souches du cancer du sein et résistance aux médicaments

    Malgré l'avènement de nouvelles avenues thérapeutiques, la rechute tumorale reste un défi majeur dans la prise en charge du cancer du sein. Il existe diverses raisons à la récurrence tumorale, notamment les cellules souches cancéreuses du sein (BCSC) résidant au niveau de la tumeur primaire ainsi que sur les sites métastatiques. Les CSC sont une sous-population de cellules tumorales qui ont le potentiel de s'auto-renouveler et de stimuler la tumorigenèse. Les BCSC sont caractérisées par l'expression de marqueurs de surface cellulaire spécifiques dont EpCAM + /CD24 - /CD44 + [35]. De plus, il a été rapporté que les CSC expriment également un niveau élevé d'aldéhyde déshydrogénase (ALDH) et que cela est associé à de mauvais résultats cliniques [36]. Cependant, une étude récente suggère que les CSC EpCAM + /CD24 - /CD44 + sont anatomiquement distinctes des CSC ALDH+ve. Le profilage moléculaire des CSC EpCAM + /CD24 - / CD44 + et ALDH+ve a révélé que les anciennes sous-populations présentent un phénotype de transition épithéliale à mésenchymateuse (EMT) au repos, tandis que les CSC ALDH+ve présentent un phénotype épithélial avec une capacité d'auto-renouvellement [37] . Le microenvironnement tumoral est constitué de fibroblastes associés au cancer (CAF), de macrophages associés aux tumeurs (TAM), de cellules souches mésenchymateuses (CSM) et d'autres cellules immunitaires et vasculaires et impliqués dans le maintien des CSC dans le cancer du sein [11, 38]. La signalisation RTK dans les cellules tumorales et stromales joue un rôle essentiel dans la régulation des phénotypes CD24 - et CD44 + et ALDH + ve CSC. Les CSC ont un impact majeur sur le traitement du cancer car elles montrent une résistance aux chimiothérapies conventionnelles en exprimant des gènes de résistance multi-drogues (MDR). La fraction de cellules tumorales CD44 + /CD24 - est augmentée chez les patientes atteintes d'un cancer du sein lors de l'administration d'une chimiothérapie néoadjuvante [39]. De plus, la chimiothérapie à base de paclitaxel et d'épirubicine est associée à un enrichissement en cellules ALDH+ve dans les tumeurs du sein [40]. L'expression/la dérégulation altérée des RTK est associée au phénotype BCSC et à la résistance aux médicaments. Plusieurs rapports suggèrent que le traitement du cancer du sein avec des thérapies à base de RTK inverse la multirésistance [41,42,43]. Le rôle de la signalisation RTK dans la régulation du phénotype CSC et de la résistance aux médicaments a été discuté plus en détail.

    Rôle de la signalisation du récepteur tyrosine kinase (RTK) dans la progression du cancer du sein

    EGFR : un régulateur clé du phénotype et des métastases des cellules souches cancéreuses dans le cancer du sein inflammatoire

    L'EGFR est surexprimé dans les tissus du cancer du sein et est associé à une agressivité plus élevée et à de mauvais résultats cliniques [44, 45]. L'EGFR est un RTK classique et il subit une homo ou hétérodimérisation et une trans-autophosphorylation lors de la liaison du ligand. Les EGFR possèdent sept ligands apparentés différents, dont l'EGF, le TGFα, la bêtacelluline (BTC), l'EGF se liant à l'héparine, l'amphiréguline (AREG), l'épiréguline et l'épigène. La famille EGFR comprend EGFR1 (EGFR, HER1, c-erbB1), HER2 (EGFR2, c-erbB2), EGFR3 (c-erbB3, HER3) et EGFR4 (c-erbB4, HER4) [46, 47]. Witton et al. ont examiné l'expression de EGFR1, HER2, EGFR3 et EGFR4 en utilisant l'immunohistochimie chez 220 patientes atteintes d'un cancer du sein et ont trouvé une surexpression de EGFR1 dans 16,4%, HER2 dans 22,8%, EGFR3 dans 17,5% et EGFR4 dans 11,9% des tissus cancéreux du sein. Des expressions accrues d'EGFR1, HER2 ou EGFR3 étaient associées à une survie réduite alors qu'un niveau élevé d'EGFR4 était lié à une meilleure survie des patientes atteintes d'un cancer du sein. Il a également été rapporté que des expressions accrues d'EGFR1, HER2 et EGFR3 étaient associées à une expression réduite du récepteur des œstrogènes (ER) [48]. Lors de la liaison au ligand, l'EGFR active diverses molécules de signalisation en aval, notamment Ras, PI3K, la phospholipase C-γ (PLC-γ) et JAK, entraînant la survie cellulaire, la croissance cellulaire et la progression tumorale (Fig. 2) [6, 49, 50]. Diverses études ont montré que l'expression de l'ER est inversement corrélée avec l'EGFR ou le phénotype des cellules souches cancéreuses et cela est bien étayé par les données qui indiquent une expression plus élevée de l'EGFR et la présence d'une population de cellules souches dans les TNBC qui manquent d'expression de l'ER [51]. Pour déterminer si l'EGFR régule la tige dans le cancer du sein, Wise et al. ont étudié l'enrichissement des cellules souches cancéreuses sous activation EGFR. Ils ont découvert que l'activation de l'EGFR dépendante des métalloprotéinases enrichit les cellules souches CD44 + /CD24 - dans le TNBC via la voie MAPK/ERK (Fig. 2) [6]. Le cancer du sein inflammatoire (IBC) (en particulier le TNBC inflammatoire) est une forme plus mortelle et agressive de cancer du sein caractérisée par un enrichissement en CSC chimio- et radio-résistantes [52, 53]. Divers rapports suggèrent que la signalisation EGFR est importante pour la pathogenèse et la progression du CIB [54, 55]. L'activation de NF-κB dans l'IBC entraîne une régulation négative du RE et une surexpression d'EGFR et/ou d'ErbB2 et une hyperactivation de MAPK. La signature MAPK distingue mieux l'IBC des tumeurs non IBC que la stratification basée sur le RE (54). Wang et al. ont identifié que la signalisation nodale régulée par l'axe EGFR/cyclooxygénase-2 (COX-2) favorise le phénotype CSC et augmente le caractère invasif des cellules IBC par induction de l'EMT (Fig. 2) [55]. Le programme EMT déclenché par le TGF-β augmente l'expression des RTK tels que l'EGFR et l'IGF-1R qui forment des complexes cytoplasmiques avec ER-α et Src conduisant à une résistance aux anti-œstrogènes dans le cancer du sein [56]. Le Syndecan-1 (CD138) est surexprimé et associé à la prolifération et à l'invasion cellulaires, et est devenu une cible médicamenteuse importante dans l'IBC. Ibrahim et al. ont établi la relation entre Syndecan-1 et EGFR dans la régulation du phénotype des cellules souches cancéreuses dans le TNBC inflammatoire. Leurs études ont révélé que Syndecan-1 régule l'expression de l'EGFR par l'activation de la signalisation Notch. La diaphonie Syndecan-1/Notch/EGFR module l'interleukine-6 ​​(IL-6), la gp130 et d'autres expressions de cytokines inflammatoires, favorisant ainsi la formation de colonies et l'expression de marqueurs de cellules souches via l'activation de NFκB médiée par Akt (Fig. 2) [9].

    Signalisation régulée par RTK dans la progression du cancer du sein. Le VEGFR active la voie de signalisation JAK/STAT pour induire le phénotype des cellules souches cancéreuses par l'expression de Myc et Sox2. Le mutant p53 induit l'expression de VEGFR via l'interaction avec le complexe SWI/SNF. La signalisation régulée par l'EGFR joue également un rôle central dans l'angiogenèse et les métastases. L'EGFR régule l'activation des voies de signalisation JAK/STAT et MAPK pour induire l'expression de Sox2 et d'autres marqueurs de cellules souches conduisant à l'enrichissement des cellules souches cancéreuses. L'EGFR induit la phosphorylation d'Akt pour favoriser l'inflammation. Le PDGFR est exprimé sur les cellules stromales telles que les fibroblastes et est un marqueur de l'activation des fibroblastes. L'activation de STAT régulée par PDGFR est impliquée dans la régulation de la différenciation médiée par miR-9 des cellules cancéreuses en cellules endothéliales conduisant à l'angiogenèse. La voie MAPK activée par le FGFR induit le phénotype EMT et CSC. La coopération entre le FGFR et HER2 régule la translocation nucléaire de la cycline D1 conduisant à une prolifération accrue des cellules cancéreuses

    L'autophagie présente un rôle à double tranchant dans la progression tumorale selon le contexte d'une tumeur. Une étude récente a révélé que l'autophagie régule l'enrichissement des cellules souches cancéreuses ALDH+ve via la signalisation EGFR/Stat3 dans le cancer mammaire murin PyMT (Fig. 2) [57]. Le stroma tumoral induit également le phénotype des cellules souches cancéreuses en interagissant avec l'EGFR présent sur les cellules cancéreuses via différents acteurs moléculaires en aval [58]. Dans le même ordre d'idées, Yang et al. ont rapporté que l'activation des EGFR dans les cellules cancéreuses par les TAM conduit à l'expression de Sox2 médiée par Stat3 qui a entraîné une augmentation de la population de cellules souches cancéreuses et des métastases dans des modèles murins de cancer du sein (Fig. 2) [59].

    VEGFR : nœuds maîtres dans les métastases régulées par le VEGF, l'angiogenèse tumorale et la lymphangiogenèse

    Diverses études ont établi que l'angiogenèse est indispensable à la progression des tumeurs du sein. Les VEGF sont de puissants facteurs proangiogéniques qui se lient à trois types différents de VEGFR, VEGFR1 (Flt1), VEGFR2 (KDR ou homologue murin, Flk1). Les VEGFR sont exprimés sur les cellules cancéreuses, endothéliales et autres cellules stromales. Les VEGFR sont des RTK typiques qui contiennent un domaine extracellulaire pour la liaison du ligand, un domaine transmembranaire et un domaine cytoplasmique qui comprend un domaine tyrosine kinase (TKD) [38]. Le VEGF-A se lie à la fois au VEGFR1 et au VEGFR2 pour induire l'angiogenèse tumorale, tandis que les VEGF-C et D interagissent avec le VEGFR3 pour favoriser la lymphangiogenèse dans différents types de cancer [38, 60]. Cependant, Laakkonen et al. ont rapporté que la signalisation VEGFR3 régulée par VEGF-C et VEGF-D induit l'angiogenèse tumorale [61]. Chakraborty et al. ont montré que l'ostéopontine (OPN) augmente l'expression du VEGF-A dans les cellules cancéreuses du sein et induit la croissance tumorale et l'angiogenèse en régulant la signalisation VEGF/VEGFR autocrine, paracrine et juxtacrine dans les cellules cancéreuses et endothéliales [62]. Srabovic et al. ont rapporté que l'expression de VEGFR1 est significativement augmentée dans les tissus tumoraux du sein par rapport aux tumeurs bénignes ou aux tissus sains environnants, quel que soit le statut des métastases ganglionnaires [63]. Kosaka et al. ont identifié des niveaux élevés d'ARNm de VEGFR1 dans le sang périphérique de patientes atteintes d'un cancer du sein et qui sont associés à des métastases et à des récidives cancéreuses et pourraient être utilisés pour le pronostic du cancer du sein avec des maladies de type basal et luminal [64]. Dans une étude récente, Kapahi et al. ont révélé que le polymorphisme VEGFR1−710C/T est associé à un risque plus élevé de cancer du sein dans la population nord-indienne [65]. Ning et al. ont révélé que l'activation de VEGFR1 induit l'EMT des cellules cancéreuses, favorisant ainsi l'invasion et la métastase dans les modèles de cancer du sein [66]. Les preuves accumulées suggèrent que les macrophages infiltrés dans le microenvironnement tumoral favorisent la progression maligne et améliorent les métastases [11, 67]. Un rapport récent a suggéré que la signalisation VEGFR1 régule la tumorigenèse induite par l'obésité. L'ablation de VEGF1 chez les animaux obèses a réduit la croissance du cancer du sein et les métastases pulmonaires en diminuant la polarisation des macrophages M2 et en affectant le métabolisme du glucose (Fig. 2) [67]. Une preuve récente suggère que les macrophages associés aux métastases (MAM) Flt1 + ve, un sous-ensemble de TAM, sont enrichis dans le cancer du sein métastatique par rapport aux tumeurs primitives. La signalisation Flt1 dans les MAM régule un ensemble de gènes inflammatoires indispensables à la survie des cellules cancéreuses après l'ensemencement métastatique. De plus, les cellules myéloïdes VEGFR1+ve circulantes sont impliquées dans la formation de niches pré-métastatiques [8, 68]. Les TAM polarisés CYP4A stimulent la formation de niches pré-métastatiques et les métastases dans les poumons en mobilisant et en recrutant des cellules myéloïdes VEGFR1+ve (Fig. 2) [68]. VEGR-2 est un régulateur clé de l'angiogenèse et surexprimé dans les tissus cancéreux du sein [69]. Pfister et al. ont étudié l'activation de l'expression du gène VEGFR2 par le mutant p53 dans le cancer du sein triple négatif. Dans cette étude, ils ont montré que le mutant p53 interagit avec SWI/SNF et recrute vers le promoteur de VEGFR2 où ce complexe remodèle le promoteur VEGFR2 et induit la transcription conduisant à la progression de la tumeur du sein médiée par VEGFR. Ces résultats indiquent que le gain de fonction de p53 mutant est médié par l'activation de l'expression de VEGFR2 (Fig. 2) [70]. Des preuves collectives suggèrent que le VEGFR2 joue un rôle de premier plan dans les métastases du cancer du sein. Cependant, le rôle de VEGFR2 dans l'invasion et la migration des cellules cancéreuses dépend du contexte. Dans le microenvironnement des tumeurs du sein, l'hypoxie induit la formation d'un complexe d'intégrine c-Met/β1 qui entraîne un potentiel d'invasion et de migration plus élevé des cellules cancéreuses. Cependant, le VEGFR2 activé par le VEGF se lie directement à la c-Met et à l'intégrine 1 pour empêcher la formation de complexes conduisant ainsi à la séquestration de la c-Met et de l'intégrine 1 [71]. Zhao et al. ont découvert que le VEGF entraîne l'expression de VEGFR2 et active par la suite l'expression de Myc et Sox2 médiée par la signalisation JAK2/STAT3. Boucle autocrine établie sur l'axe VEGF/VEGFR2 constituée de STAT3, Myc et Sox2 qui est impliquée dans l'amélioration du phénotype des cellules souches cancéreuses dans le TNBC (Fig. 2) [10]. néanmoins, Les CSC sont responsables de la métastase des cellules cancéreuses, de la résistance aux médicaments et de la rechute tumorale, perturber l'axe VEGFR2/STAT3/Myc/Sox2 pourrait être utile pour surmonter la chimio-résistance dans le cancer du sein triple négatif.

    La lymphangiogenèse, la formation de nouveaux vaisseaux lymphatiques joue un rôle majeur dans la dissémination des cellules cancéreuses et les métastases à distance. Ainsi, la lymphangiogenèse s'avère être une cible prometteuse pour le traitement du cancer du sein. Cependant, l'indisponibilité de marqueurs spécifiques pour l'étude des vaisseaux lymphatiques et des métastases lymphogéniques retarde le développement d'un traitement anti-lymphangiogénique pour la prise en charge de différents types de cancer [72]. Le VEGFR3 est un RTK exprimé sur les cellules endothéliales lymphatiques (LEC) et il joue un rôle clé dans la lymphangiogenèse [20]. Une étude récente a suggéré que l'axe des chimiokines CCL21/CCR7 exprimé sur les cellules cancéreuses du sein interagit avec le VEGFR3 présent sur les LEC pour induire un recrutement vasculaire lymphatique dépendant de la tumeur et ainsi une lymphangiogenèse dans le cancer du sein [73]. La lymphangiogenèse est également impérative pour les métastases dans le cancer du sein post-partum. Des rapports récents suggèrent que la COX-2 induit l'expression de VEGFR3 et la lymphangiogenèse via l'axe VEGF-C/VEGFR3 pour favoriser la métastase ganglionnaire du cancer du sein post-partum [74, 75]. Le VEGFR3 est indispensable pour la diaphonie médiée par la galectine-8 impliquant les voies VEGF-C, podoplanine et intégrine conduisant à la lymphangiogenèse dans le cancer du sein [76]. Sur la base des résultats ci-dessus, le ciblage de la lymphangiogenèse à l'aide d'une thérapie anti-VEGFR3 pourrait être utile pour prévenir les métastases des cellules tumorales et augmenter la survie des patientes atteintes d'un cancer du sein.

    PDGFR : rôle prometteur dans l'interaction tumeur-stroma dans le carcinome du sein

    Les PDGFR sont des RTK de type III qui sont fortement exprimés dans les cellules tumorales du sein et stromales. La famille PDGFR se compose de PDGFR-α et et les deux présentent des fonctions similaires. PDGFR-α et β sont structurellement similaires et contiennent un domaine extracellulaire qui se compose de cinq replis de type immunoglobuline (Ig) et des domaines intracellulaires qui présentent une activité kinase et se compose de 100 résidus d'acides aminés différents des autres RTK. Les PDGF se lient principalement aux domaines 2 et 3 de type Ig et induisent une homo ou une hétérodimérisation des récepteurs. De plus, ces récepteurs sont encore stabilisés par des interactions directes récepteur-récepteur via le domaine 4 de type Ig après dimérisation [77]. L'activité aberrante des PDGFR dans différents types de cancer, y compris le sein, entraîne la tumorigenèse. Diverses études ont rapporté que l'expression du PDGFR est associée à un mauvais pronostic des patientes atteintes d'un cancer du sein et qu'elle a des potentiels pronostiques et prédictifs [78,79,80]. PDGFR est connu pour réguler divers réseaux de signalisation en aval, y compris Stat3 pour soutenir l'initiation et la progression des tumeurs du sein [72]. Parc et al. ont rapporté que l'activation de STAT3 induite par AF1q améliore la prolifération des cellules cancéreuses du sein, l'angiogenèse et les métastases via la cascade de signalisation PDGFR/Src [7]. En plus de réguler directement les cellules cancéreuses, les PDGFR sont également exprimés dans le stroma desmoplastique réactif, ce qui montre son rôle possible dans l'interaction tumeur-stroma. Bhardwaj et al. ont trouvé que PDGFR est exprimé par les myofibroblastes α-SMA-positifs (fibroblastes associés au cancer, CAF) et les cellules endothéliales dans le stroma périépithélial des tissus cancéreux du sein (Fig. 2) [79]. Paulsson et al. ont examiné le rôle pronostique de l'expression stromale de PDGFR-β en utilisant des puces à ADN tissulaires (TMA) du cancer du sein. Leurs résultats suggèrent que le PDGFR-β stromal présente la signification pronostique la plus importante dans le sous-ensemble des tumeurs du sein. Ils ont également constaté qu'une expression accrue de PDGFR est associée à une réduction des ER et PR et à une expression plus élevée de HER2, ainsi qu'à une augmentation du taux de prolifération et de la taille de la tumeur [80]. Dans une ligne de preuves similaire, Pinto et al. ont montré que le stroma malin induit la prolifération des cellules cancéreuses du sein luminal et l'angiogenèse dans des conditions sans œstrogènes via la cascade de signalisation PDGFR [81]. Ces résultats indiquent le rôle majeur du PDGFR dans la progression du cancer du sein en l'absence de signalisation ER. Cette notion est encore étayée par le fait que le PDGFR induit la différenciation endothéliale des cellules TNBC en utilisant in vitro formation de tubes et in vivo modèles de xénogreffe. De plus, D'Ippolito et al. ont défini le mécanisme moléculaire par lequel PDGFR régule la différenciation endothéliale des cellules tumorales dans le TNBC. L'expression de miR-9 induite par PDGFR favorise les propriétés vasculogènes en ciblant STARD13 et en régulant à la baisse miR-200 dans le TNBC (Fig. 2) [13]. Ces résultats indiquent que le ciblage du PDGF/PDGFR dans le microenvironnement tumoral pourrait être les approches thérapeutiques prometteuses pour le traitement du TNBC.

    FGFR : expression aberrante dans le cancer du sein et implications en thérapie ciblée

    Les membres de la famille FGFR (FGFR1, FGFR2, FGFR3 et FGFR4) sont constitués d'un domaine extracellulaire de liaison au ligand, d'un domaine transmembranaire et d'un domaine tyrosine kinase (TK) intracellulaire. Le domaine extracellulaire a trois domaines de type Ig (IgI-III). La liaison des FGF au FGFR conduit à la dimérisation et à l'activation subséquente du domaine kinase intracellulaire entraînant une phosphorylation croisée des résidus tyrosine présents sur la queue cytoplasmique du récepteur [82]. Les voies Ras/MAPK et PI3K/Akt sont activées en aval de ces récepteurs lors de la stimulation du ligand. Ces voies sont connues pour être activées de manière aberrante dans le cancer du sein et sont impliquées dans la survie, la prolifération, l'apoptose et la migration cellulaires [83, 84]. Les FGFR abritent des aberrations génétiques telles que des amplifications de FGFR1, FGFR2 et FGFR4 et des mutations des gènes FGFR2 et FGFR4 dans le cancer du sein [84,85,86,87]. Le carcinome lobulaire du sein métastatique qui montre une faible réponse à la chimiothérapie démontre une amplification du gène FGFR1 avec des implications dans la thérapie ciblée [86]. Formisano et al. ont démontré que le cancer du sein ER+ montre une amplification de FGFR1. Ils ont découvert que le FGFR s'associe à ERα dans les noyaux des cellules cancéreuses du sein et régule les gènes ER-dépendants en présence de privation d'œstrogènes. En plus du cancer du sein ER+, l'amplification du gène FGFR1 était corrélée à un mauvais pronostic dans le cancer du sein HER2- [88]. De plus, l'élévation du FGFR régule le remodelage du stroma tumoral et la récidive tumorale dans le cancer du sein induit par le FGFR1 [2]. Par conséquent, les études avec des thérapies combinées, ciblant le FGFR1 et d'autres RTK ont montré de meilleurs résultats dans le traitement du cancer par rapport au ciblage d'un seul RTK. Les polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) dans FGFR2 ont été associés à un risque accru de cancer du sein ER+ et PR+ [89]. Cerliani et al. ont observé que l'interaction de FGFR2 avec la progestérone et STAT5 dans la tumeur du sein a entraîné une transcription accrue des gènes régulés par PR/STAT5 [90]. Une association de l'expression de FGFR2 et FGFR3 avec la progression du cancer du sein ER+ a été observée [91]. Même si le rôle du FGFR3 dans la progression du cancer du sein n'a pas été bien étudié, les variantes d'épissage du FGFR3 sont connues pour se localiser dans le noyau des cellules épithéliales du cancer du sein [92]. Koziczak et al. ont montré que FGFR4 et ErbB2 régulent conjointement l'expression de la cycline D1 pour favoriser la prolifération cellulaire dans le cancer du sein [93]. La boucle de rétroaction positive Twist1 régulée par ERK1/2, régulée par la signalisation FGFR, stabilise un phénotype CD44 hautement résistant aux médicaments après inhibition d'ErbB (Fig. 2) [94].Sur la base des résultats ci-dessus, il est clair que les FGFR sont liés mécaniquement aux fonctions d'autres RTK et à la résistance aux médicaments et peuvent être des cibles potentielles pour le traitement du cancer du sein.

    Rôle des miARN et des lncRNA dans la régulation de la signalisation RTK

    Ces dernières années, plusieurs études ont rapporté le rôle des microARN (miARN) et des ARN longs non codants (lncRNA) dans la régulation de l'expression des composants de différentes voies de signalisation RTK. Tan et al. ont montré que le niveau d'ErbB2 dans le cancer du sein ER + résistant au tamoxifène est étroitement régulé par l'interaction entre miR-26a/b et l'antigène humain R (HuR) (Fig. 2) [95]. miR-34a et miR-155 régulent également l'expression d'ErbB2 au niveau post-transcriptionnel (Fig. 2) [96, 97]. miR-24 cible deux régulateurs (tyrosine-protéine phosphatase non-récepteur de type 9 (PTPN9) et récepteur de type tyrosine protéine phosphatase F (PTPRF)) de l'activation de l'EGFR, favorisant ainsi la métastase du cancer du sein [98]. L'EGFR est une cible directe de miR-206 dans le cancer du sein et ce dernier est induit dans le cancer du sein déficient en facteur nucléaire (erythroid-derived 2)-like 2 (NRF2) [99]. Dans le cancer du sein humain, le miR675 dérivé de l'ARNnc H19 cible c-Cbl et Cbl-b, les ubiquitine ligases E3 qui sont connues pour dégrader l'EGFR et le c-MET, augmentant ainsi la stabilité de ces derniers [100]. lncRNA CYTOR régule la progression du cancer du sein par voie dépendante de l'EGFR [101]. Un autre lncRNA, BCAR4, améliore l'activité des récepteurs ErbB2/3 [102]. Le rôle des différents miARN et lnRNA dans la régulation des composants de signalisation RTK est répertorié dans le tableau 1.

    Rôle de la signalisation RTK dans la résistance aux médicaments

    La thérapie endocrinienne est le traitement qui bloque spécifiquement la fonction de signalisation du RE à l'aide d'antagonistes (tamoxifène, fulvestrant) ou d'une privation d'œstrogènes [103]. Près de 20 % des patients acquièrent une résistance à la thérapie ciblée sur l'ER via l'activation de voies de signalisation d'échappement pour surmonter la dépendance aux œstrogènes [104]. La surexpression ou l'activation de RTK tels que EGFR, HER2 et IGF1R entraîne une régulation négative du RE et une résistance au tamoxifène via l'activation des voies PI3K/Akt et MAPK (Fig. 3) [105, 106]. L'axe EGFR/MAPK favorise la phosphorylation du domaine AF-1 du RE pour améliorer l'activation indépendante du ligand de la signalisation du RE [106, 107]. L'activation de la signalisation EGFR/ErbB2 dans les cellules cancéreuses du sein ER+ résistantes au tamoxifène induit un phénotype de cellules souches très agressif dans ces cellules [108,109,110]. L'inhibition de la signalisation EGFR par l'erlotinib réduit considérablement la souche cancéreuse et inverse la résistance endocrinienne en induisant l'expression du RE [111]. De plus, l'amplification de HER2 dans le cancer du sein résistant au RE est en corrélation avec la population de cellules souches ALDH+ [108]. La population CSC exprime un niveau très élevé d'ARNm et de protéines HER2 par rapport à la population non-CSC chez les patients endocriniens résistants. Une activation plus élevée de l'EGFR/HER2 pourrait être la force motrice de l'enrichissement de la population de SCC dans le cancer du sein résistant au tamoxifène [36, 108]. L'association de l'expression de HER2 avec la résistance au RE a été expliquée dans plusieurs rapports. Des études de séquençage de l'exome entier ont révélé 13 mutations dans différents domaines de HER2 chez des patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique ER+ résistant au système endocrinien [112]. Ces mutations produisent différents niveaux de résistance au tamoxifène et au fulvestrant dans les lignées cellulaires de cancer du sein ER+. De plus, les cofacteurs ER, HOXB3 et HOXB7 sont surexprimés dans les cellules cancéreuses du sein résistantes au tamoxifène et améliorent le phénotype du CSC. La répression transcriptionnelle médiée par Myc de miR-375 et miR-196a améliore respectivement l'expression de HOXB3 et HOXB7 [113, 114]. La protéine de liaison du rétinoblastome 2 (RBP2), un co-régulateur du RE, est surexprimée chez les patientes atteintes d'un cancer du sein résistant au tamoxifène et augmente la stabilité des RTK tels que l'EGFR et le HER2. De plus, le complexe RBP2-ER-NRIP1-HDAC1 active IGF1R par la répression transcriptionnelle des IGFBP4 et 5 [115]. Un autre coactivateur transcriptionnel du RE, la sous-unité médiatrice 1 (MED1) est surexprimé dans les cellules tumorales circulantes et les tissus tumoraux primaires du sein après un traitement au tamoxifène conduisant à une résistance au RE induite par HER2. La phosphorylation médiée par HER2 de MED1 recrute les corépresseurs transcriptionnels tels que HDAC1, N-CoR et SMART au promoteur des gènes régulés par ER dans les cellules HER+ résistantes au tamoxifène [116, 117].

    Signalisation RTK dans la résistance aux médicaments. une Les agents chimiothérapeutiques conventionnels réduisent la progression du cancer par l'inhibition de l'axe de signalisation MAPK/PI3K/Akt. L'amplification et la surexpression des RTK, y compris EGFR, HER2 et PDGFR, renforcent l'activation de l'axe PI3K/Akt/YB-1/RTK pour maintenir la résistance aux médicaments, augmente l'activité de la kinase et conduit ainsi à la progression du cancer, à l'efflux de médicaments et à la sévérité du cancer. b Les cellules cancéreuses présentent une résistance à la thérapie RTK en raison de la perturbation de l'interaction entre le médicament et le récepteur ou de l'activation d'une signalisation RTK alternative

    Outre l'hormonothérapie, d'autres types de traitements tels que la chirurgie, la radiothérapie et les médicaments cytotoxiques sont également disponibles pour le cancer du sein. Principalement, les anthracyclines (agents endommageant l'ADN) et les taxanes (agents stabilisant les microtubules) sont largement utilisés pour le cancer du sein en tant que thérapies adjuvantes ou néoadjuvantes [118]. Cependant, la résistance aux médicaments anticancéreux cytotoxiques est l'inconvénient majeur dans le traitement du cancer. La multirésistance aux médicaments est principalement associée à la souche cancéreuse et à l'efflux de médicaments induits par divers signaux de survie [119]. Il est important de noter que les RTK sont des régulateurs clés de la souche cancéreuse et sont associés à la résistance aux médicaments dans les cellules cancéreuses du sein. En général, divers RTK activent la signalisation PI3K/Akt pour induire l'expression de facteurs de souche cancéreuse, de protéines associées à la multirésistance aux médicaments et de transporteurs membranaires dans les cellules cancéreuses. De plus en plus de preuves suggèrent clairement que la régulation à la hausse des RTK, notamment EGFR, HER2, VEGFR et IGF-1R au cours de la chimiothérapie, est associée à une surexpression/activation des transporteurs d'efflux de médicaments [41, 42]. Jin et al. ont montré la forte corrélation positive entre l'expression de la glycoprotéine p et l'EGFR avec la survie globale et sans maladie [43]. De plus, des expressions plus élevées d'EGFR et de HER2 sont détectées dans les cellules MCF7 résistantes à la doxorubicine par rapport aux cellules MCF7 sensibles à la doxorubicine. La surexpression de HER2 induit également une résistance à divers agents chimiothérapeutiques tels que le taxane, le cyclophosphamide, le méthotrexate, l'épirubicine dans le cancer du sein [120]. De plus, HER2 exprimant les cellules tumorales circulantes (CTC) montre moins de sensibilité aux différents agents chimiothérapeutiques, notamment la doxorubicine, le docétaxel et le 5-fluorouracile, par rapport aux CTC HER-négatives [121]. La surexpression des RTK est corrélée à l'expression de facteurs de transcription liés à la résistance aux médicaments dans le cancer du sein. YB-1 est un régulateur transcriptionnel/traductionnel et surexprimé dans les cellules souches cancéreuses. La localisation nucléaire de YB-1 est rapportée chez les patients atteints de rechute de cancer et résistants aux médicaments, quel que soit le statut ER et HER2. PI3K/Akt régulé par RTK phosphoryle YB-1 à Ser-102 pour faciliter la localisation nucléaire. De plus, le YB-1 nucléaire se lie à la région promotrice spécifique et active de manière transcriptionnelle l'expression des RTK, notamment EGFR, HER2 et VEGFR. La perturbation de la boucle d'auto-renforcement YB-1/RTK réduit considérablement la souche cancéreuse et l'efflux de médicaments dans les cellules cancéreuses du sein [122]. De plus, YB-1 augmente transcriptionnellement l'expression des glycoprotéines p (MDR-1 et MDR-3) provoque la multirésistance dans le cancer du sein (Fig. 3) [123, 124]. Les TAM sont connus pour influencer le maintien d'un microenvironnement approprié pour les cellules souches cancéreuses et la résistance soutenue aux médicaments dans le cancer du sein. Les TAM produisent le plus haut niveau de cytokines, TGFα, EGF, FGF et VEGF dans le microenvironnement tumoral. Des niveaux plus élevés de ces ligands activent la signalisation RTK dans le cancer du sein ainsi que les macrophages [125]. Une forte corrélation entre l'expression de l'EGFR et les macrophages CD163+ a été trouvée chez les patientes atteintes d'un cancer du sein résistant au tamoxifène [126]. De plus, les TAM régulent positivement les gènes associés à la souche cancéreuse ainsi qu'un efflux accru de médicaments et une chimiorésistance dans le modèle préclinique de cancer du sein [127].

    Traitements anticancéreux ciblés sur les récepteurs à tyrosine kinase (RTK)

    Le cancer du sein est une maladie hétérogène qui a été caractérisée moléculairement en cinq sous-types en fonction de l'expression de ER, PR et HER2. Ces sous-types comprennent Luminal A (bas grade, ER+/PR+, HER2-, faible Ki67), Luminal B (ER+/PR+, HER2+ ou HER2-, high Ki67), TNBC ou basal-like (ER-/PR- et HER2 -), cancer du sein enrichi en HER2 et de type normal [128]. Pour le cancer du sein à récepteurs hormonaux positifs (luminal A et B), l'hormonothérapie composée de modulateurs sélectifs des récepteurs des œstrogènes (tamoxifène et raloxifène) est couramment utilisée comme traitement adjuvant [129]. Étant donné que le TNBC ou le cancer du sein de type basal et enrichi en HER n'expriment pas de récepteurs hormonaux, l'hormonothérapie n'est donc pas efficace dans ces sous-types. Cependant, en raison de l'expression importante des RTK dans les sous-types enrichis en TNBC et HER2, le blocage des fonctions des RTK est l'une des approches prometteuses pour la gestion du cancer du sein enrichi en TNBC et HER2. Jusqu'à présent, diverses stratégies ont été adoptées pour l'inhibition de la signalisation RTK-dépendante. Des mutations ou une surexpression des gènes de l'EGFR entraînent une progression tumorale et une résistance aux médicaments dans divers types de cancer, dont le sein [127]. Par conséquent, l'EGFR a le potentiel d'être une cible thérapeutique attrayante dans le cancer du sein, et les inhibiteurs de l'EGFR, y compris les inhibiteurs à petites molécules et les anticorps monoclonaux (mAb), ont été développés et certains sont actuellement utilisés en clinique. La surexpression de HER2 est fréquemment retrouvée dans le cancer du sein. Plusieurs médicaments ciblant HER2 ont été développés et sont actuellement utilisés pour le traitement du cancer du sein.

    Le trastuzumab (Herceptin) est un mAb humanisé qui cible le domaine extracellulaire de HER2 dans le cancer du sein HER2+ et il a été rapporté qu'il améliore la survie des patientes aux stades précoces et tardifs du cancer du sein [130]. Cependant, le mécanisme exact par lequel le trastuzumab exerce son effet thérapeutique n'est pas bien compris. De et al. ont rapporté que le trastuzumab inhibe l'hétérodimérisation HER2-HER3 qui est connue pour se produire de manière indépendante du ligand dans le cancer du sein HER2+. Plusieurs rapports suggèrent également que le trastuzumab pourrait induire une dégradation de HER2, mais le mécanisme sous-jacent est inexploré [131]. Bien que le traitement par trastuzumab améliore considérablement l'issue de la maladie, la résistance au trastuzumab est un obstacle majeur au traitement du cancer du sein HER2-positif. Environ 65 % des patientes atteintes d'un cancer du sein HER2-positif ne répondent pas au traitement primaire par trastuzumab. De plus, une majorité de patients qui répondent bien au traitement au trastuzumab présentent une rechute tumorale plus tard [132, 133]. En 2013, la FDA a approuvé un conjugué anticorps-médicament T-DM1 ou trastuzumab emtansine ou ado trastuzumab emtansine (nom commercial Kadcyla) pour le traitement des patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique HER-positif qui ont déjà été traitées par trastuzumab et un taxane. Le T-DM1 est composé de trastuzumab et d'un agent cytotoxique emtansine (DM1) qui tue les cellules cancéreuses en se liant à la tubuline [134]. Un essai randomisé sur 991 patientes atteintes d'un cancer du sein avancé HER2-positif a montré une survie médiane sans progression plus élevée chez les patientes traitées par T-DM1 par rapport à celles traitées par lapatinib plus capécitabine [135]. Cependant, un essai de phase III récemment achevé utilisant des schémas thérapeutiques de trastuzumab plus taxane, T-DM1 plus placebo, T-DM1 ou T-DM1 plus pertuzumab à des doses standard chez 1095 patientes atteintes d'un cancer du sein avancé HER2-positif. Aucune augmentation significative de la survie sans progression dans les groupes T-DM1 et T-DM1 plus pertuzumab n'a été observée par rapport au trastuzumab plus taxane bien que les bras contenant le T-DM1 aient montré une meilleure tolérance [136]. Le pertuzumab (nom commercial perjeta) est un autre anticorps monoclonal contre HER2 qui a été approuvé pour le traitement néo-adjuvant ou adjuvant du cancer du sein avancé HER2 positif en association avec le trastuzumab et le docétaxel. Les essais cliniques ont démontré que les patientes atteintes d'un cancer du sein recevant une combinaison de pertuzumab, de trastuzumab et de docétaxel avaient une survie sans progression améliorée par rapport au groupe témoin [137, 138].

    Le TNBC ou cancer du sein de type basal est connu pour être négatif pour HER2, il a été démontré qu'il exprime l'EGFR chez 40% des patients, parmi lesquels 18% des patients auraient un gène EGFR amplifié. Par conséquent, l'EGFR est l'une des cibles importantes pour le cancer du sein HER2 négatif, y compris les TNBC. Le lapatinib (Tykerb), un double inhibiteur de la tyrosine kinase, se lie à la poche de liaison à l'ATP du domaine EGFR et HER2 kinase et bloque la liaison à l'ATP, entraînant ainsi l'inhibition de l'activité EGFR et HER2 kinase. Les inhibiteurs de la tyrosine kinase (ITK) sont connus pour être utilisés comme schéma thérapeutique alternatif chez les patientes atteintes d'un cancer du sein HER2+ présentant une résistance au trastuzumab [139, 140]. De plus, le lapatinib a été utilisé en association avec d'autres médicaments anticancéreux, la capécitabine ou le létrozole. Ces thérapies combinées ont montré une survie sans maladie plus élevée chez les patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique HER2+ [141, 142]. De nombreux essais cliniques ont été menés pour évaluer l'efficacité et la toxicité des ITK seuls ou en combinaison avec d'autres médicaments dans le cancer du sein. Malheureusement, les résultats de ces essais ont été déçus jusqu'à présent. Peu d'essais et leurs résultats sont répertoriés dans le tableau 2. Les essais cliniques de phase II du géfitinib ou de l'erlotinib ont montré un faible taux de réponse globale (ORR) tandis que l'essai clinique avec le géfitinib en association avec l'épirubicine et le cyclophosphamide n'a montré aucune différence significative dans la réponse pathologique complète dans le RE- cancer du sein négatif [142,143,144,145,146]. De plus, l'afatinib, un ITK EGFR irréversible de deuxième génération, n'a montré aucune réponse objective dans un essai de phase II chez des patients atteints de TNBC métastatique [147].

    Il y a eu six essais cliniques avec des mAb anti-EGFR pour explorer leur efficacité et leur sécurité chez les patients TNBC, comme indiqué dans le tableau 2. Carey et al. ont réalisé un essai clinique dans le cancer du sein récidivant avancé métastatique pour examiner l'efficacité du cétuximab ou du cétuximab en association avec le carboplatine. Le cétuximab en association avec le carboplatine a démontré un taux de réponse plus élevé que le carboplatine seul. Cependant, 13 des 18 patients traités ont montré une signalisation EGFR active qui indique que le cetuximab n'a pas réussi à inhiber la voie EGFR [148]. Un taux de réponse plus élevé chez les patients traités par cisplatine-cétuximab (20 %) par rapport au groupe traité par cisplatine (10 %) a été rapporté dans les TNBC avancés. Cependant, les résultats n'étaient pas statistiquement significatifs [149]. De même, un essai de phase II sur l'ixabépilone seule et l'ixabépilone plus cetuximab chez des patients atteints de TNBC avancé/métastatique a été mené par Tredan et al. Cette étude n'a montré aucune amélioration du taux de réponse [150]. Pendant ce temps, l'irinotécan et le cetuximab ont montré un taux de réponse accru chez les patients TNBC par rapport aux autres sous-types, cependant, les résultats n'étaient pas statistiquement significatifs [151]. Une réponse modeste a été observée lorsque les patients TNBC opérables ont été traités par FEC standard (5-fluorouracile, épidoxorubicine et cyclophosphamide) après une chimiothérapie préopératoire consistant en panitumumab ou cetuximab associé au docétaxel [152, 153]. Des lymphocytes infiltrant la tumeur (TIL) CD8+ plus élevés ont été repérés dans le microenvironnement tumoral en réponse au traitement néoadjuvant par mAb EGFR. Dans l'ensemble, le résultat des essais cliniques d'AcM EGFR dans le TNBC semble être légèrement meilleur que celui des ITK EGFR. Plusieurs essais utilisant une thérapie anti-RTK et leurs résultats sont répertoriés dans le tableau 2 [146, 154,155,156,157,158,159,160,161,162,163,164,165,166,167,168,169,170,171,172,173,174].

    Défis du ciblage des RTK dans le cancer du sein : accent sur les éléments compensatoires

    Les médicaments thérapeutiques ciblant RTK sont connus pour réduire la multirésistance aux médicaments et le phénotype CSC dans les cellules cancéreuses du sein. Cependant, les cellules cancéreuses présentent une résistance aux inhibiteurs de RTK dans les modèles cliniques et précliniques. Par exemple, les thérapies ciblant HER2 (trastuzumab, pertuzumab, TDM1 et lapatinib) sont connues pour entraver la progression tumorale primaire et la rechute du cancer, mais une résistance aux médicaments est toujours observée chez environ 80 % des patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique HER2+ [142]. De même, de nombreux types de cancer, y compris le sein, acquièrent souvent une résistance à divers inhibiteurs de RTK tels que les inhibiteurs de VEGFR (bevacizumab) [175], les inhibiteurs d'EGFR (gefitinib) [176], les inhibiteurs de FGFR (AZD4547) [177]. Plusieurs mécanismes ont été dérivés pour décrire l'apparition d'une résistance aux inhibiteurs de RTK. Plusieurs mutations dans les RTK et leurs cibles en aval et l'activation de plusieurs autres RTK sont les principaux éléments compensatoires à l'origine des voies de survie et de la résistance aux thérapies anti-RTK dans le cancer du sein. IGF1R, EGFR, AXL, VEGFR sont d'autres membres de RTK qui partagent des molécules de signalisation communes en aval telles que PI3K/Akt/mTOR et MAPK avec HER2 dans le cancer du sein [178]. De plus, IGF1R est surexprimé dans le cancer du sein HER2+ et forme un complexe hétéromère avec HER2 et HER3 pour activer la voie de signalisation PI3K. La formation de ces complexes hétéromères avec les protéines de la famille HER a été associée à la résistance au trastuzumab chez les patientes atteintes d'un cancer du sein métastatique HER2+ [179]. Il a été rapporté que la combinaison de médicaments anti-HER2 avec des mAb anti-IGF1R (metformine et figitumumab) produit des effets synergiques dans les cellules cancéreuses du sein. C-Met est le RTK, fréquemment exprimé chez les patientes atteintes d'un cancer du sein HER2+ et contribue à la résistance au trastuzumab. La régulation à la hausse de c-Met protège les cellules cancéreuses du trastuzumab en abrogeant l'induction de p27, tandis que l'inhibition de c-Met sensibilise les cellules cancéreuses au traitement par trastuzumab [180]. La phosphorylation médiée par c-Src de l'EGFR à Tyr845, Tyr992 et Tyr1086 est associée à la résistance à la thérapie anti-EGFR dans le cancer du sein. L'activation de c-Met pendant le traitement par EGFR facilite la phosphorylation associée à la kinase c-Src et la croissance cellulaire dans les cellules cancéreuses du sein. De plus, une combinaison de c-Met ciblant des inhibiteurs de petites molécules avec un inhibiteur d'EGFR diminue la phosphorylation de l'EGFR et l'activité de la kinase via l'inhibition de la kinase c-Src réduit ainsi la résistance à l'EGFR [181]. Une augmentation du nombre de copies de FGF3/4/19 a été rapportée dans des tumeurs résistantes au lapatinib et au trastuzamab. Une expression et une phosphorylation plus élevées de FGFR sont corrélées à une survie sans maladie réduite et à une résistance à la thérapie anti-HER2 chez les patientes atteintes d'un cancer du sein. L'activation du FGFR stimule en outre la phosphorylation de kinases non réceptrices telles que MAPK et PI3K/Akt via l'activation de la phospholipase Cγ dans le cancer du sein résistant au tamoxifène [182]. Les amplifications et les mutations dans les gènes cibles en aval dépendants de RTK (PI3KCA ou Akt) contournent le rôle des RTK dans leur activation afin de produire une activation ininterrompue de la signalisation de croissance dans les cellules cancéreuses du sein. La mutation dans PI3CA est fortement associée à la surexpression d'ErbB2 et aux métastases ganglionnaires [183].

    Le bevacizumab est le premier médicament anti-VEGFR approuvé par la FDA américaine pour le traitement du cancer du sein, mais il est finalement arrêté en raison de l'apparition d'une résistance à celui-ci. La thérapie anti-VEGFR induit une hypoxie dans le microenvironnement tumoral et conduit à une augmentation de l'agressivité du cancer du sein.Sous des stimuli hypoxiques, les cellules stromales sécrètent un niveau très élevé de cytokines qui activent des voies angiogéniques alternatives et augmentent la souche cancéreuse et l'autophagie [175]. L'éphrine-A1 et B2 sont des facteurs proangiogéniques, importants pour le remodelage et la maturation des nouveaux vaisseaux sanguins. L'hypoxie médie la régulation positive de l'éphrine et l'expression des éphrines est fortement associée à la résistance à la thérapie VEGFR. Plusieurs facteurs proangiogéniques tels que l'angiopoïétine 2 (ANG-2), l'EGF, le bFGF, le facteur de croissance des kératinocytes, l'IGF-1, le TGF-β, le TNF-α et les interleukines (IL-1, IL-8, IL-12 et IL-17 ) ont été impliqués dans la résistance tumorale associée à l'hypoxie au traitement anti-VEGFR [184]. La sécrétion d'IL-17, G-CSF, IL-6 et SDF1 dans le microenvironnement tumoral recrute des cellules myéloïdes CD11b+Gr1+ dans la tumeur et l'angiogenèse indépendante du VEGFR associée au Bv8 entraîne une résistance à la thérapie anti-VEGFR. La déplétion de l'infiltration des cellules myéloïdes CD11b+Gr1+ par les anticorps neutralisants Bv8 sensibilise les cellules cancéreuses à la thérapie ciblée par VEGFR [185].

    L'interaction altérée entre les agents anti-RTK et leur récepteur respectif est une autre raison du développement de la résistance. Cela pourrait être dû à l'existence plus élevée de protéines masquantes à proximité immédiate des récepteurs, aux changements structurels du récepteur et au manque d'expression du domaine ciblé. La mucine-4 et le CD44 sont les protéines de surface cellulaire surexprimées chez les patientes atteintes d'un cancer du sein résistant au trastuzumab. L'expression de ces protéines à proximité immédiate de l'épitope HER2 masque l'interaction entre le trastuzumab et HER2 et augmente la croissance du cancer du sein [186, 187]. D'autre part, l'expression d'une version tronquée de HER2 l'emporte sur la sensibilité au trastuzumab dans le cancer du sein. p95 HER2 forme un hétérodimère avec la protéine HER3 et active la signalisation en aval de manière indépendante du ligand (Fig. 3) [188]. Éliatkine et al. ont montré que 28 % des patients qui développent une résistance au trastuzumab ont une expression plus élevée de p95 HER2. Cependant, un faible niveau d'expression de p95 HER2 est également retrouvé chez les patients sensibles au trastuzumab [189]. De plus, des mutations dans HER2 pourraient perturber la reconnaissance des anticorps ou l'interaction physique entre le médicament et le récepteur. La mutation T798M dans HER2 a montré une activité autocatalytique accrue et l'expression des ligands EGFR a entraîné des changements de 10 fois dans la CI50 du lapatinib dans les cellules cancéreuses du sein humaines. De plus, les anticorps ciblant l'EGFR, le cetuximab ou le lapatinib inversent la résistance au trastuzumab dans ces cellules spécifiques du T798M [190]. Hanker et al. ont montré que les patients présentant une mutation HER2 L869R acquièrent une mutation secondaire à HER2 T798I comme réponse ultérieure au traitement par nératinib. Des études de modélisation moléculaire ont suggéré que HER2 T798I a augmenté la teneur en isoleucine dans sa structure protéique et que cela réduit la liaison entre le nératinib et HER2 [191].


    MiR-219-5p inhibe la voie du récepteur tyrosine kinase en ciblant l'EGFR dans le glioblastome

    Le glioblastome est l'un des types courants de tumeurs cérébrales primaires avec une survie médiane de 12 à 15 mois. La voie du récepteur tyrosine kinase (RTK) est connue pour être dérégulée chez 88 % des patients atteints de glioblastome. 45% des patients atteints de GBM présentent des amplifications et des mutations activatrices du gène EGFR conduisant à la régulation positive de la voie. Dans la présente étude, nous démontrons qu'un miARN spécifique du cerveau, miR-219-5p, réprime l'EGFR en se liant directement à son 3'-UTR. L'expression de miR-219-5p a été régulée à la baisse dans le glioblastome et la surexpression de miR-219-5p dans les lignées cellulaires de gliome a inhibé la prolifération, la croissance indépendante de l'ancrage et la migration. De plus, miR-219-5p a inhibé les voies MAPK et PI3K dans les lignées cellulaires de gliomes en accord avec sa capacité à cibler l'EGFR. L'effet inhibiteur de miR-219-5p sur les voies MAPK et PI3K et la migration des cellules de gliome pourrait être sauvé par la surexpression de l'EGFR de type sauvage et du mutant vIII de l'EGFR (tous deux dépourvus de 3'-UTR et donc insensibles à miR-219-5p ) suggérant que les effets inhibiteurs de miR-219-5p étaient bien dus à sa capacité à cibler l'EGFR. Nous avons également trouvé une corrélation négative significative entre les niveaux de miR-219-5p et les formes totales et phosphorylées d'EGFR dans des échantillons de patients atteints de glioblastome. Cela a indiqué que la régulation négative de miR-219-5p chez les patients atteints de glioblastome contribue à l'augmentation de l'activité de la voie RTK par la régulation positive de l'EGFR. Ainsi, nous avons identifié et caractérisé le miR-219-5p comme le nouveau miARN suppresseur de tumeur régulant le RTK dans le glioblastome.

    Déclaration de conflit d'intérêts

    Intérêts concurrents : Les auteurs ont déclaré qu'il n'existe aucun intérêt concurrent.

    Les figures

    Figure 1. miR-219-5p est régulé à la baisse dans le glioblastome.

    Figure 1. miR-219-5p est régulé à la baisse dans le glioblastome.

    Expression de miR-219-5p dans l'astrocytome malin [astrocytome anaplasique…

    Figure 2. Surexpression de miR-219-5p dans le gliome…

    Figure 2. La surexpression de miR-219-5p dans les lignées cellulaires de gliomes a diminué la prolifération, la croissance indépendante de l'ancrage et…

    Figure 3. miR-219-5p cible l'EGFR.

    Figure 3. miR-219-5p cible l'EGFR.

    Figure 4. La surexpression de miR-219-5p a réduit le…

    Figure 4. La surexpression de miR-219-5p a réduit les activités des voies MAPK et PI3K.

    Figure 5. Inhibition des voies MAPK/PI3K et…

    Figure 5. L'inhibition des voies MAPK/PI3K et la migration des cellules de gliome par miR-219-5p sont médiées par…

    Figure 6. Niveaux de protéines EGFR négativement corrélés…

    Figure 6. Les niveaux de protéine EGFR étaient négativement corrélés avec les niveaux d'expression de miR-219-5p dans des échantillons de glioblastome.


    Voir la vidéo: Les Recepteurs Nucleaires ou Intracellulaires (Janvier 2022).