BRAF (gène) - BRAF (gene)
BRAF est un gène humain qui code pour une protéine appelée B-Raf. Le gène est également appelé proto-oncogène B-Raf et homologue B de l'oncogène viral du sarcome murin v-Raf , tandis que la protéine est plus formellement connue sous le nom de sérine/thréonine-protéine kinase B-Raf .
La protéine B-Raf est impliquée dans l'envoi de signaux à l' intérieur des cellules qui sont impliquées dans la direction de la croissance cellulaire . En 2002, il a été montré qu'il était muté dans certains cancers humains .
Certaines autres mutations BRAF héréditaires provoquent des malformations congénitales.
Des médicaments qui traitent les cancers provoqués par des mutations BRAF ont été développés. Deux de ces médicaments, le vemurafenib et le dabrafenib, sont approuvés par la FDA pour le traitement du mélanome à un stade avancé. Le vémurafénib a été le premier médicament approuvé issu de la découverte de médicaments à base de fragments .
Fonction
B-Raf est un membre de la famille Raf kinase des protéines kinases de transduction du signal de croissance . Cette protéine joue un rôle dans la régulation de la voie de signalisation MAP kinase / ERKs , qui affecte la division cellulaire , la différenciation et la sécrétion .
Structure
B-Raf est une protéine kinase spécifique de sérine/thréonine à transduction de signal régulée de 766 acides aminés . D'une manière générale, il est composé de trois domaines conservés caractéristiques de la famille Raf kinase : la région conservée 1 (CR1), un domaine autorégulateur de liaison Ras - GTP , la région conservée 2 (CR2), une région charnière riche en sérine , et région conservée 3 (CR3), un domaine de protéine kinase catalytique qui phosphoryle une séquence consensus sur des substrats protéiques. Dans sa conformation active, B-Raf forme des dimères via des liaisons hydrogène et des interactions électrostatiques de ses domaines kinases.
CR1
La région conservée 1 auto - inhibe le domaine kinase de B-Raf (CR3) de sorte que la signalisation de B-Raf est régulée plutôt que constitutive. Les résidus 155-227 constituent le domaine de liaison Ras (RBD), qui se lie au domaine effecteur de Ras-GTP pour libérer CR1 et arrêter l'inhibition de la kinase. Les résidus 234-280 comprennent un phorbol ester / DAG de liaison d'un doigt de zinc motif qui participe à la membrane B-Raf accueil après Ras-liaison.
CR2
La région conservée 2 (CR2) fournit un lieur flexible qui relie CR1 et CR3 et agit comme une charnière.
CR3
La région conservée 3 (CR3), résidus 457-717, constitue le domaine de kinase enzymatique de B-Raf. Cette structure largement conservée est bilobée, reliée par une courte région charnière. Le plus petit lobe N (résidus 457 à 530) est principalement responsable de la liaison à l' ATP tandis que le plus grand lobe C (résidus 535 à 717) se lie aux protéines du substrat . Le site actif est la fente entre les deux lobes, et le résidu catalytique Asp 576 est situé sur le lobe C, face à l'intérieur de cette fente.
Sous-régions
Boucle P
La boucle P de B-Raf (résidus 464-471) stabilise les groupes phosphate non transférables de l'ATP pendant la liaison de l'enzyme à l'ATP. Plus précisément, les amides du squelette S 467, F 468 et G 469 se lient hydrogène au β-phosphate de l'ATP pour ancrer la molécule. Les motifs fonctionnels B-Raf ont été déterminés en analysant l'homologie de la PKA analysée par Hanks et Hunter avec le domaine kinase B-Raf.
Poche de liaison aux nucléotides
V 471, C 532, W 531, T 529, L 514 et A 481 forment une poche hydrophobe dans laquelle l'adénine de l'ATP est ancrée par les attractions de Van der Waals lors de la liaison à l'ATP.
Boucle catalytique
Les résidus 574 à 581 composent une section du domaine kinase responsable du transfert du -phosphate de l'ATP vers le substrat protéique de B-Raf. En particulier, D 576 agit comme un accepteur de protons pour activer l' oxygène hydroxyle nucléophile sur les résidus sérine ou thréonine du substrat, permettant à la réaction de transfert de phosphate de se produire par catalyse basique .
Motif DFG
D594, F595 et G596 composent un motif central à la fonction de B-Raf à la fois dans son état inactif et actif. À l'état inactif, F595 occupe la poche de liaison des nucléotides, empêchant l'ATP d'entrer et diminuant la probabilité de catalyse enzymatique. À l'état actif, le D594 chélate le cation magnésium divalent qui stabilise les groupes β- et -phosphate de l'ATP, orientant le -phosphate pour le transfert.
Boucle d'activation
Les résidus 596-600 forment de fortes interactions hydrophobes avec la boucle P dans la conformation inactive de la kinase, bloquant la kinase dans son état inactif jusqu'à ce que la boucle d'activation soit phosphorylée, déstabilisant ces interactions avec la présence d'une charge négative. Cela déclenche le passage à l'état actif de la kinase. Plus précisément, L597 et V600 de la boucle d'activation interagissent avec G466, F468 et V471 de la boucle P pour maintenir le domaine kinase inactif jusqu'à ce qu'il soit phosphorylé.
Enzymologie
B-Raf est une protéine kinase spécifique à la sérine/thréonine . En tant que tel, il catalyse la phosphorylation des résidus sérine et thréonine dans une séquence consensus sur les protéines cibles par l' ATP , donnant comme produits l' ADP et une protéine phosphorylée. Puisqu'il s'agit d'une kinase de transduction de signal hautement régulée , B-Raf doit d'abord se lier à Ras - GTP avant de devenir actif en tant qu'enzyme. Une fois que B-Raf est activé, un noyau catalytique de protéine kinase conservé phosphoryle les substrats protéiques en favorisant l'attaque nucléophile de l' atome d'oxygène hydroxyle sérine ou thréonine du substrat activé sur le groupe γ-phosphate de l'ATP par substitution nucléophile bimoléculaire .
Activation
Soulager l'autoinhibition de CR1
Le domaine kinase (CR3) de l' homme kinases Raf est inhibée par deux mécanismes: autoinhibition par ses propres réglementaires Ras - GTP liant le domaine CR1 et l'absence de post-traductionnelle phosphorylation de la serine et de clés tyrosine résidus (S338 et Y341 pour c-Raf ) dans la région charnière CR2. Au cours de l'activation de B-Raf, le domaine CR1 auto - inhibiteur de la protéine lie d'abord le domaine effecteur de Ras-GTP au domaine de liaison à Ras CR1 (RBD) pour libérer le domaine kinase CR3 comme les autres membres de la famille Raf kinase humaine . L'interaction CR1-Ras est ensuite renforcée par la liaison du sous-domaine riche en cystéine (CRD) de CR1 à Ras et aux phospholipides membranaires . Contrairement à A-Raf et C-Raf , qui doivent être phosphorylés sur des résidus CR2 contenant des hydroxyles avant de libérer complètement CR1 pour devenir actifs, B-Raf est constitutivement phosphorylé sur CR2 S445. Cela permet à la phosphosérine chargée négativement de repousser immédiatement CR1 par le biais d'interactions stériques et électrostatiques une fois que le domaine régulateur n'est pas lié, libérant le domaine CR3 kinase pour interagir avec les protéines substrats.
Activation du domaine CR3
Une fois le domaine régulateur CR1 auto-inhibiteur libéré, le domaine kinase CR3 de B-Raf doit se transformer en son conformère actif de liaison à l' ATP avant de pouvoir catalyser la phosphorylation des protéines . Dans la conformation inactive, F595 du motif DFG bloque la poche de liaison à l' adénine hydrophobe tandis que les résidus de boucle d'activation forment des interactions hydrophobes avec la boucle P, empêchant l' ATP d'accéder à son site de liaison. Lorsque la boucle d'activation est phosphorylée, la charge négative du phosphate est instable dans l'environnement hydrophobe de la boucle P. En conséquence, la boucle d'activation change de conformation , s'étendant à travers le lobe C du domaine kinase . Dans ce processus, il forme des interactions stabilisantes des feuillets avec le brin 6. Pendant ce temps, le résidu phosphorylé s'approche de K507, formant un pont salin stabilisant pour verrouiller la boucle d'activation en place. Le motif DFG change de conformation avec la boucle d'activation, ce qui provoque F595 se déplacer hors du site de liaison de nucléotide d' adénine et dans une poche hydrophobe bordée par les hélices aC et aE . Ensemble, le DFG et le mouvement de la boucle d'activation lors de la phosphorylation ouvrent le site de liaison de l'ATP . Étant donné que tous les autres domaines de liaison au substrat et catalytiques sont déjà en place, la phosphorylation de la boucle d'activation seule active le domaine kinase de B-Raf par une réaction en chaîne qui élimine essentiellement un couvercle d'un site actif autrement préparé.
Mécanisme de catalyse
Pour catalyser efficacement la phosphorylation des protéines via la substitution bimoléculaire des résidus sérine et thréonine avec l' ADP comme groupe partant , B-Raf doit d'abord se lier à l'ATP, puis stabiliser l' état de transition lorsque le -phosphate de l'ATP est transféré.
Liaison ATP
B-Raf se lie à l'ATP en ancrant le nucléotide adénine dans une poche non polaire (jaune, figure 1) et en orientant la molécule par liaison hydrogène et interactions électrostatiques avec des groupes phosphate. En plus de la liaison phosphate de la boucle P et du motif DFG décrite ci-dessus, K483 et E501 jouent un rôle clé dans la stabilisation des groupes phosphate non transférables. La charge positive sur l' amine primaire de K483 lui permet de stabiliser la charge négative sur les groupes α- et -phosphate de l'ATP lorsque l'ATP se lie. Lorsque l'ATP n'est pas présent, la charge négative du groupe carboxyle E501 équilibre cette charge.
Phosphorylation
Une fois que l'ATP est lié au domaine B-Raf kinase, le D576 de la boucle catalytique active un groupe hydroxyle substrat, augmentant sa nucléophilie pour conduire cinétiquement la réaction de phosphorylation tandis que d'autres résidus de la boucle catalytique stabilisent l'état de transition. (Figure 2). N581 chélate le cation magnésium divalent associé à l'ATP pour aider à orienter la molécule pour une substitution optimale. K578 neutralise la charge négative sur le groupe γ-phosphate de l'ATP de sorte que le résidu de substrat ser/thr activé ne subira pas autant de répulsion électron-électron lors de l'attaque du phosphate. Une fois le groupe phosphate transféré, l'ADP et la nouvelle phosphoprotéine sont libérées.
Inhibiteurs
Étant donné que les mutants constitutivement actifs de B-Raf provoquent généralement le cancer (voir Signification clinique) en signalant de manière excessive aux cellules la croissance, des inhibiteurs de B-Raf ont été développés pour les conformations inactives et actives du domaine kinase en tant que candidats thérapeutiques contre le cancer.
Sorafénib
BAY43-9006 ( sorafénib , Nexavar) est un V600E mutant B-Raf et C-Raf inhibiteur approuvé par la FDA pour le traitement du primaire du foie et des reins cancer. Bay43-9006 désactive le domaine B-Raf kinase en verrouillant l'enzyme dans sa forme inactive. L'inhibiteur accomplit cela en bloquant la poche de liaison à l'ATP grâce à une affinité élevée pour le domaine kinase. Il lie ensuite la boucle d'activation clé et les résidus du motif DFG pour arrêter le mouvement de la boucle d'activation et du motif DFG vers la conformation active. Enfin, une fraction trifluorométhylphényle bloque stériquement le motif DFG et le site de conformation active de la boucle d'activation, rendant impossible pour le domaine kinase de changer de conformation pour devenir actif.
L' anneau pyridyle distal de BAY43-9006 s'ancre dans la poche hydrophobe de liaison aux nucléotides du lobe N de la kinase, interagissant avec W531, F583 et F595. Les interactions hydrophobes avec la boucle catalytique F583 et le motif DFG F595 stabilisent la conformation inactive de ces structures, diminuant la probabilité d'activation enzymatique. Une interaction hydrophobe supplémentaire de K483, L514 et T529 avec le noyau phényle central augmente l' affinité du domaine kinase pour l'inhibiteur. L'interaction hydrophobe de F595 avec l'anneau central diminue également la favorabilité énergétique d'un commutateur de conformation DFG. Enfin, les interactions polaires de BAY43-9006 avec le domaine kinase poursuivent cette tendance à l'augmentation de l'affinité enzymatique pour l'inhibiteur et à la stabilisation des résidus DFG dans la conformation inactive. L'hydrogène E501 et C532 lie respectivement les groupes urée et pyridyle de l'inhibiteur, tandis que l' urée carbonyle accepte une liaison hydrogène de l' azote amide du squelette de D594 pour verrouiller le motif DFG en place.
La fraction trifluorométhylphényle cimente la favorabilité thermodynamique de la conformation inactive lorsque le domaine kinase est lié à BAY43-9006 en bloquant stériquement la poche hydrophobe entre les hélices αC et E que le motif DFG et la boucle d'activation habiteraient lors du déplacement vers leurs emplacements dans le conformation active de la protéine.
Vémurafénib
PLX4032 ( Vemurafenib ) est un inhibiteur de B-Raf mutant V600 approuvé par la FDA pour le traitement du mélanome à un stade avancé . Contrairement à BAY43-9006 , qui inhibe la forme inactive du domaine kinase, le vémurafénib inhibe la forme active "DFG-in" de la kinase, s'ancrant fermement dans le site de liaison à l'ATP. En inhibant uniquement la forme active de la kinase, le vémurafénib inhibe sélectivement la prolifération des cellules à B-Raf non régulé, normalement celles qui causent le cancer .
Comme le vémurafénib ne diffère de son précurseur, le PLX4720, que par un cycle phényle ajouté pour des raisons pharmacocinétiques , le mode d'action du PLX4720 est équivalent à celui du vémurafénib. Le PLX4720 a une bonne affinité pour le site de liaison de l'ATP en partie parce que sa région d'ancrage, un 7-aza indole bicyclique , ne diffère de l'adénine naturelle qui occupe le site qu'à deux endroits où les atomes d'azote ont été remplacés par du carbone. Cela permet de préserver de fortes interactions intermoléculaires telles que la liaison hydrogène N7 à C532 et la liaison hydrogène N1 à Q530. Un excellent ajustement dans la poche hydrophobe de liaison à l'ATP (C532, W531, T529, L514, A481) augmente également l'affinité de liaison. La liaison hydrogène du lieur cétonique à l'eau et le difluoro-phényle s'adaptent dans une deuxième poche hydrophobe (A481, V482, K483, V471, I527, T529, L514 et F583) contribuent à l'affinité de liaison exceptionnellement élevée dans l'ensemble. La liaison sélective à Raf actif est accomplie par le groupe propyle terminal qui se lie à une poche sélective de Raf créée par un déplacement de l'hélice C. La sélectivité pour la conformation active de la kinase est encore augmentée par un groupe sulfonamide déprotoné sensible au pH qui est stabilisé par liaison hydrogène avec le peptide de squelette NH de D594 à l'état actif. À l'état inactif, le groupe sulfonamide de l'inhibiteur interagit avec le squelette carbonyle de ce résidu à la place, créant une répulsion. Ainsi, le vémurafénib se lie préférentiellement à l'état actif du domaine kinase de B-Raf.
Signification clinique
Les mutations du gène BRAF peuvent provoquer une maladie de deux manières. Premièrement, les mutations peuvent être héréditaires et provoquer des malformations congénitales. Deuxièmement, des mutations peuvent apparaître plus tard dans la vie et provoquer un cancer, en tant qu'oncogène .
Les mutations héréditaires de ce gène provoquent un syndrome cardiofacio-cutané , une maladie caractérisée par des malformations cardiaques, un retard mental et une apparence faciale distinctive.
Des mutations de ce gène ont été trouvées dans des cancers , y compris le lymphome non hodgkinien , le cancer colorectal , le mélanome malin , le carcinome papillaire de la thyroïde , le carcinome pulmonaire non à petites cellules , l' adénocarcinome du poumon , les tumeurs cérébrales y compris le glioblastome et le xanthoastrocytome pléomorphe ainsi que les tumeurs inflammatoires des maladies comme la maladie d' Erdheim-Chester .
La mutation V600E du gène BRAF a été associée à la leucémie à tricholeucocytes dans de nombreuses études et a été suggérée pour une utilisation dans le dépistage du syndrome de Lynch afin de réduire le nombre de patients subissant un séquençage inutile de MLH1 .
Mutants
Plus de 30 mutations du gène BRAF associées aux cancers humains ont été identifiées. La fréquence des mutations BRAF varie considérablement dans les cancers humains, de plus de 80 % dans les mélanomes et les naevus , à aussi peu que 0 à 18 % dans d'autres tumeurs , telles que 1 à 3 % dans les cancers du poumon et 5 % dans le cancer colorectal . Dans 90 % des cas, la thymine est substituée par l'adénine au niveau du nucléotide 1799. Cela conduit à la substitution de la valine (V) par le glutamate (E) au niveau du codon 600 (maintenant appelé V600E ) dans le segment d'activation qui a été trouvé dans cancers humains. Cette mutation a été largement observée dans le carcinome papillaire de la thyroïde , le cancer colorectal, le mélanome et le cancer du poumon non à petites cellules . La mutation BRAF-V600E est présente chez 57 % des patients atteints d'histiocytose à cellules de Langerhans. La mutation V600E est une mutation motrice probable dans 100% des cas de leucémie à tricholeucocytes . Une fréquence élevée de mutations BRAF V600E a été détectée dans l'améloblastome, une tumeur odontogène bénigne mais localement infiltrante. La mutation V600E peut également être liée, en tant que mutation à un seul conducteur (un « fusil fumant » génétique) à certains cas de développement de craniopharyngiomes papillaires .
D'autres mutations qui ont été trouvées sont R461I, I462S, G463E, G463V, G465A, G465E, G465V, G468A, G468E, N580S, E585K, D593V, F594L, G595R, L596V, T598I, V599D, V5997R, V , etc. et la plupart de ces mutations sont regroupées dans deux régions : la boucle P riche en glycine du lobe N et le segment d'activation et les régions flanquantes. Ces mutations changent le segment d'activation de l'état inactif à l'état actif, par exemple dans l'article cité précédemment, il a été rapporté que la chaîne latérale aliphatique de Val599 interagit avec le cycle phényle de Phe467 dans la boucle P. Le remplacement de la chaîne latérale Val hydrophobe de taille moyenne par un résidu plus gros et chargé comme celui trouvé dans le cancer humain (Glu, Asp, Lys ou Arg) devrait déstabiliser les interactions qui maintiennent le motif DFG dans une conformation inactive, renversant ainsi le segment d'activation en position active. Selon le type de mutation, l'activité kinase vis-à-vis de la MEK peut également varier. La plupart des mutants stimulent l'activité améliorée de la kinase B-Raf vers la MEK. Cependant, quelques mutants agissent par un mécanisme différent car bien que leur activité envers MEK soit réduite, ils adoptent une conformation qui active le C-RAF de type sauvage, qui signale ensuite à ERK .
BRAF-V600E
- BRAF V600E est un déterminant de la sensibilité aux inhibiteurs du protéasome . La vulnérabilité aux inhibiteurs du protéasome dépend de la persistance de la signalisation BRAF, car le blocage de BRAF-V600E par PLX4720 a inversé la sensibilité au carfilzomib dans les cellules cancéreuses colorectales mutantes BRAF. L'inhibition du protéasome pourrait représenter une stratégie de ciblage intéressante dans les tumeurs colorectales mutantes BRAF V600E.
Inhibiteurs de BRAF
Comme mentionné ci-dessus, certaines sociétés pharmaceutiques développent des inhibiteurs spécifiques de la protéine B-raf mutée à des fins anticancéreuses, car BRAF est une cible à haut rendement bien comprise. Le vémurafénib (RG7204 ou PLX4032) a été autorisé par la Food and Drug Administration des États -Unis sous le nom de Zelboraf pour le traitement du mélanome métastatique en août 2011 sur la base de données cliniques de phase III. Une amélioration de la survie a été observée, ainsi qu'un taux de réponse au traitement de 53 %, contre 7 à 12 % avec l'ancien meilleur traitement chimiothérapeutique, la dacarbazine . Dans les essais cliniques, B-Raf a augmenté les chances de survie des patients atteints de mélanome métastatique. Malgré la grande efficacité du médicament, 20 % des tumeurs développent encore une résistance au traitement. Chez la souris, 20 % des tumeurs deviennent résistantes après 56 jours. Alors que les mécanismes de cette résistance sont encore contestés, certaines hypothèses incluent la surexpression de B-Raf pour compenser les concentrations élevées de Vemurafenib et une régulation positive en amont de la signalisation de croissance.
Les inhibiteurs plus généraux de B-Raf incluent GDC-0879, PLX-4720, Sorafenib , dabrafenib et LGX818
Interactions
Il a été démontré que BRAF (gène) interagit avec :
Les références
Lectures complémentaires
- Garnett MJ, Marais R (octobre 2004). « Coupable de l'accusation : B-RAF est un oncogène humain » . Cellule cancéreuse . 6 (4) : 313-9. doi : 10.1016/j.ccr.2004.09.022 . PMID 15488754 .
- Quiros RM, Ding HG, Gattuso P, Prinz RA, Xu X (juin 2005). "Preuve qu'un sous-ensemble de carcinomes anaplasiques de la thyroïde est dérivé de carcinomes papillaires dus aux mutations BRAF et p53" . Cancer . 103 (11) : 2261–8. doi : 10.1002/cncr.21073 . PMID 15880523 . S2CID 29665029 .
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Liens externes
- "gène BRAF" . Dictionnaire NCI des termes sur le cancer . Récupéré le 2007-11-25 .
- Trouver des défauts dans BRAF - Article de blog de Cancer Research UK sur la découverte de mutations BRAF cancérigènes (y compris la vidéo)
- Emplacement du génome humain BRAF et page de détails du gène BRAF dans le navigateur de génome UCSC .
Cet article incorpore du matériel du domaine public du document du National Cancer Institute des États-Unis : "Dictionary of Cancer Terms" .
Cet article incorpore du texte de la National Library of Medicine des États-Unis , qui est dans le domaine public .
