Transformer la protéine RhoA - Transforming protein RhoA
La protéine transformante RhoA , également connue sous le nom de membre de la famille d'homologues Ras A ( RhoA ), est une petite protéine GTPase de la famille Rho des GTPases qui, chez l'homme, est codée par le gène RHOA . Bien que les effets de l'activité RhoA ne soient pas tous bien connus, elle est principalement associée à la régulation du cytosquelette, principalement à la formation de fibres de stress d' actine et à la contractilité de l'actomyosine. Il agit sur plusieurs effecteurs. Parmi eux, ROCK1 (Rho-associated, coiled-coil contenant la protéine kinase 1) et DIAPH1 (Diaphanous Homologue 1, aka hDia1, homologue to mDia1 in mouse, diaphanous in Drosophila ) sont les mieux décrits. RhoA, et les autres Rho GTPases, font partie d'une famille plus large de protéines apparentées connue sous le nom de superfamille Ras , une famille de protéines impliquées dans la régulation et la synchronisation de la division cellulaire . RhoA est l'une des plus anciennes Rho GTPases, avec des homologues présents dans les génomes depuis 1,5 milliard d'années. En conséquence, RhoA est en quelque sorte impliqué dans de nombreux processus cellulaires qui ont émergé tout au long de l'évolution. RhoA est spécifiquement considéré comme un facteur régulateur important dans d'autres fonctions telles que la régulation de la dynamique du cytosquelette, la transcription, la progression du cycle cellulaire et la transformation cellulaire.
Structure
Le gène spécifique qui code RhoA, RHOA , est situé sur le chromosome 3 et se compose de quatre exons, qui a également été associé comme facteur de risque possible d'AVC athérothrombolique.
Semblable à d'autres GTPases, RhoA présente un insert Rho dans sa séquence primaire dans le domaine GTPase. RhoA contient également quatre sites d'insertion ou de suppression avec un sous-domaine hélicoïdal supplémentaire ; ces sites sont caractéristiques de nombreuses GTPases de la famille Rho. Plus important encore, RhoA contient deux régions de commutation, Switch I et Switch II, dont les états conformationnels sont modifiés suite à l'activation ou à l'inactivation de la protéine. Ces deux commutateurs ont un repliement caractéristique, correspondent à des régions spécifiques de la bobine RhoA et sont uniformément stabilisés via des liaisons hydrogène. Les conformations des domaines Switch sont modifiées en fonction de la liaison de GDP ou de GTP à RhoA. La nature du nucléotide lié et la modification conformationnelle qui s'ensuit des domaines Switch dictent la capacité de RhoA à se lier ou non aux protéines partenaires (voir ci-dessous).
Les séquences protéiques primaires des membres de la famille Rho sont pour la plupart identiques, le N-terminal contenant la plupart des protéines codant pour la liaison et l'hydrolyse du GTP. Le C-terminal de RhoA est modifié par prénylation , ancrant la GTPase dans les membranes, ce qui est essentiel pour son rôle dans la croissance cellulaire et l'organisation du cytosquelette. Les acides aminés clés impliqués dans la stabilisation et la régulation de l'hydrolyse du GTP sont conservés dans RhoA sous forme de Gly14, Thr19, Phe30 et Gln63.
La localisation correcte des protéines RhoA dépend fortement de l'extrémité C-terminale ; lors de la prénylation, l'ancrage du groupe prényle est essentiel pour la stabilité, l'inhibition et la synthèse des enzymes et la prolifération. RhoA est séquestré par des inhibiteurs de dissociation (RhoGDI) qui éliminent la protéine de la membrane tout en empêchant son interaction ultérieure avec d'autres effecteurs en aval.
Mécanisme d'activation
RhoA acquiert à la fois des états conformationnels inactifs liés au GDP et actifs liés au GTP ; ces états alternent entre les états actifs et inactifs via l'échange de GDP en GTP (conduit simultanément via des facteurs d'échange de nucléotides guanines et le facteur d'activation de GTPase). RhoA est activé principalement par les facteurs d'échange de nucléotides de guanine (GEF) via la phosphorylation ; en raison du vaste réseau de phosphorylation qui se chevauchent, une multitude de GEF sont utilisés pour activer des voies de signalisation spécifiques. Ces arrangements structurels fournissent des sites d'interaction qui peuvent interagir avec des effecteurs et des facteurs de guanine afin de stabiliser et de signaler l'hydrolyse du GTP. Les niveaux d'activation de RhoA et des GEF associés sont mesurés à l'aide d'essais de RhoA et de GEF pull down qui utilisent respectivement des billes Rhotekin et RhoA G17A mutantes
Participation aux processus cellulaires
RhoA est principalement impliqué dans ces activités : organisation de l'actine, contractilité de la myosine, maintien du cycle cellulaire, polarisation morphologique cellulaire, développement cellulaire et contrôle transcriptionnel.
Organisation d'actine
RhoA est répandu dans la régulation de la forme, de la polarité et de la locomotion des cellules via la polymérisation de l'actine, la contractilité de l'actomyosine, l'adhésion cellulaire et la dynamique des microtubules. De plus, on pense que RhoA agit principalement à l'arrière ( uropode ) des cellules en migration pour favoriser le détachement, similaire au processus d'attachement et de détachement trouvé dans le mécanisme d'adhésion focale. Les voies de transduction du signal régulées via RhoA relient les récepteurs de la membrane plasmique à la formation d'adhérence focale et à l'activation subséquente des fibres de stress d'actine pertinentes. RhoA stimule directement la polymérisation de l'actine par l'activation de formines liées aux diaphanes, modifiant ainsi structurellement les monomères d'actine en filaments. Les kinases ROCK induisent une contractilité basée sur l'actomyosine et phosphorylent TAU et MAP2 impliqués dans la régulation des myosines et d'autres protéines de liaison à l'actine afin d'aider à la migration et au détachement cellulaire. L'action concertée de ROCK et Dia est essentielle pour la régulation de la polarité cellulaire et l'organisation des microtubules. RhoA régule également l'intégrité de la matrice extracellulaire et la perte des adhérences cellule-cellule correspondantes (principalement des adhérents et des jonctions serrées) nécessaires à la migration de l'épithélium. Le rôle de RhoA dans la médiation de transduction du signal est également attribué à l'établissement de la polarité tissulaire dans les structures épidermiques en raison de sa polymérisation d'actine pour coordonner le mouvement vésiculaire ; le mouvement dans les filaments d'actine forme des toiles qui se déplacent conjointement avec un mouvement linéaire vésiculaire. En conséquence, les mutations présentes dans les gènes de polarité indiquent que RhoA est essentiel pour la polarité des tissus et le mouvement intracellulaire dirigé.
Développement cellulaire
RhoA est requis pour les processus impliquant le développement cellulaire, dont certains incluent l'excroissance, la fermeture dorsale, la formation osseuse et la myogenèse. La perte de la fonction RhoA est fréquemment attribuée à l'échec de la gastrulation et à l'incapacité de la migration cellulaire. En extension, RhoA s'est avéré fonctionner comme un commutateur intermédiaire dans le processus global à médiation mécanique de l'engagement et de la différenciation des cellules souches. Par exemple, les cellules souches mésenchymateuses humaines et leur différenciation en adipocytes ou en ostéocytes sont le résultat direct de l'impact de RhoA sur la forme cellulaire, la signalisation et l'intégrité du cytosquelette. La forme des cellules agit comme le principal signal mécanique qui entraîne l'activité RhoA et l'activité ROCK effectrice en aval pour contrôler l'engagement des cellules souches et la maintenance du cytosquelette. Les voies médiées par le facteur de croissance transformant (TGF) qui contrôlent la progression et l'identité de la tumeur sont également fréquemment considérées comme des mécanismes dépendants de RhoA. Le TGF-β1, un facteur de croissance suppresseur de tumeur, est connu pour réguler la croissance, la différenciation et la transformation épithéliale dans la tumorigenèse. Au lieu de bloquer la croissance, le TGF-β1 active directement RhoA dans les cellules épithéliales tout en bloquant sa cible en aval, p160 ; en conséquence, les voies activées dépendantes de RhoA induisent la formation de fibres de stress et les propriétés mésenchymateuses ultérieures.
Contrôle transcriptionnel
RhoA activé participe également à la régulation du contrôle transcriptionnel sur d'autres voies de transduction du signal via divers facteurs cellulaires. Les protéines RhoA aident à potentialiser la transcription indépendamment des facteurs complexes ternaires lorsqu'elles sont activées tout en modulant simultanément l'activité de signal extracellulaire ultérieure. Il a également été montré que RhoA médie les voies de signalisation induites par le sérum, le LPA et l'AIF4 en plus de réguler la transcription du promoteur c-fos, un élément clé dans la formation du complexe ternaire produisant le sérum et les facteurs ternaires. La signalisation RhoA et la modulation de la polymérisation de l'actine régulent également l'expression de Sox9 en contrôlant l'activité transcriptionnelle de Sox9. L'expression et l'activité transcriptionnelle de Sox9 sont directement liées à la perte d'activité de RhoA et illustrent comment RhoA participe au contrôle transcriptionnel de l'expression de protéines spécifiques.
Entretien du cycle cellulaire
RhoA ainsi que plusieurs autres membres de la famille Rho sont identifiés comme jouant un rôle dans la régulation du cytosquelette et de la division cellulaire. RhoA joue un rôle central dans la progression du cycle cellulaire G1, principalement par la régulation de l' expression de la cycline D1 et des inhibiteurs de la kinase dépendante de la cycline (p21 et p27). Ces voies de régulation activent les protéines kinases, qui modulent ensuite l'activité du facteur de transcription. RhoA supprime spécifiquement les niveaux de p21 dans les lignées cellulaires normales et transformées via un mécanisme transcriptionnel indépendant de p53, tandis que les niveaux de p27 sont régulés à l'aide de kinases effectrices associées à Rho. La cytokinèse est définie par la contraction à base d'actomyosine. Les formines diaphanes (DRF) dépendantes de RhoA se localisent dans le sillon de clivage pendant la cytokinèse tout en stimulant la polymérisation locale de l'actine en coordonnant les microtubules avec les filaments d'actine sur le site de l'anneau contractile de la myosine. Les différences dans la liaison effectrice distinguent RhoA parmi les autres GTPases homologues Ras apparentées. Les intégrines peuvent moduler l'activité de RhoA en fonction de la composition de la matrice extracellulaire et d'autres facteurs pertinents. De même, la stimulation par RhoA de l'activité de la kinase PKN2 régule l'adhésion cellule-cellule par la formation et le désassemblage de la jonction apicale. Bien que RhoA soit plus facilement reconnu pour ses contributions uniques à la contractilité actine-myosine et à la formation de fibres de stress, de nouvelles recherches l'ont également identifié comme un facteur clé dans la médiation du froissement des membranes, de la formation de lamelles et de la formation de bulles membranaires. Une majorité de cette activité se produit dans le bord d'attaque des cellules pendant la migration en coordination avec les saillies membranaires du carcinome du sein.
Parcours RhoA
Les molécules agissent sur divers récepteurs, tels que NgR1, LINGO1 , p75 , TROY et d'autres récepteurs inconnus (par exemple par les CSPG), qui stimulent RhoA. RhoA active ROCK (RhoA kinase) qui stimule la kinase LIM, qui inhibe alors la cofiline , qui réorganise efficacement le cytosquelette d'actine de la cellule. Dans le cas des neurones, l'activation de cette voie entraîne l'effondrement du cône de croissance, inhibe donc la croissance et la réparation des voies neuronales et des axones. L'inhibition de cette voie par ses divers composants entraîne généralement un certain niveau de remyélinisation améliorée. Après ischémie globale, l'oxygène hyperbare (au moins à 3 ATA) semble supprimer partiellement l'expression de RhoA, en plus de la protéine Nogo ( Reticulon 4 ) et d'une sous-unité de son récepteur Ng-R. La voie de signalisation MEMO1-RhoA-DIAPH1 joue un rôle important dans la stabilisation dépendante de ERBB2 des microtubules au niveau du cortex cellulaire. Une étude récente montre que la signalisation RhoA-Rho kinase médie les lésions cérébrales induites par la thrombine.
p75NTR sert de régulateur pour l'assemblage d'actine. Le membre A de la famille des homologues Ras (RhoA) rend le cytosquelette d'actine rigide, ce qui limite la mobilité des cônes de croissance et inhibe l'élongation neuronale dans le système nerveux en développement. p75NTR sans ligand lié active RhoA et limite l'assemblage d'actine, mais la liaison de la neurotrophine à p75NTR peut inactiver RhoA et favoriser l'assemblage d'actine. p75NTR s'associe à l' inhibiteur de dissociation Rho GDP (RhoGDI) et RhoGDI s'associe à RhoA. Les interactions avec Nogo peuvent renforcer l'association entre p75NTR et RhoGDI. La liaison de la neurotrophine à p75NTR inhibe l'association de RhoGDI et de p75NTR, supprimant ainsi la libération de RhoA et favorisant l'allongement du cône de croissance (inhibant la suppression de l'actine RhoA).
Interactions
Il a été démontré que RHOA interagit avec :
Signification clinique
Cancer
Étant donné que sa surexpression se trouve dans de nombreuses malignités, l'activité de RhoA a été liée dans plusieurs applications contre le cancer en raison de son implication significative dans les cascades de signalisation du cancer. Les facteurs de réponse sérique (SRF) sont connus pour médier les récepteurs androgènes dans les cellules cancéreuses de la prostate, y compris des rôles allant de la distinction de la prostate bénigne de la prostate maligne et de l'identification d'une maladie agressive. RhoA médie la réponse aux androgènes de ces gènes SRF ; en conséquence, il a été démontré que l'interférence avec RhoA empêche la régulation androgénique des gènes SRF. En application, l'expression de RhoA est notablement plus élevée dans les cellules cancéreuses de la prostate malignes que dans les cellules bénignes de la prostate, une expression élevée de RhoA étant associée à une létalité élevée et à une prolifération agressive. D'un autre côté, le silençage de RhoA a diminué la viabilité cellulaire régulée par les androgènes et handicapé la migration des cellules du cancer de la prostate.
RhoA s'est également avéré hyper activé dans les cellules cancéreuses gastriques; en conséquence, la suppression de l'activité RhoA a partiellement inversé le phénotype de prolifération des cellules cancéreuses gastriques via la régulation négative de la voie RhoA-mammifère Diaphanous 1. La doxorubicine a souvent été désignée comme un médicament anticancéreux très prometteur qui est également utilisé dans les traitements de chimiothérapie ; cependant, comme pour presque toutes les chimiothérapies, le problème de la résistance aux médicaments demeure. Minimiser ou reporter cette résistance serait la dose nécessaire pour éradiquer la tumeur, diminuant ainsi la toxicité du médicament. La diminution subséquente de l'expression de RhoA a également été associée à une sensibilité accrue à la doxorubicine et à la réversion complète de la résistance à la doxorubicine dans certaines cellules ; cela montre la résilience de RhoA en tant qu'indicateur cohérent d'activité anticancéreuse. En plus de favoriser l'activité de suppression des tumeurs, RhoA a également un impact inhérent sur l'efficacité des médicaments par rapport à la fonctionnalité du cancer et pourrait être appliqué aux protocoles de thérapie génique dans de futures recherches.
L'expression protéique de RhoA a été identifiée comme étant significativement plus élevée dans le tissu tumoral testiculaire que dans le tissu non tumoral ; l'expression de la protéine pour RhoA, ROCK-I, ROCK-II, Rac1 et Cdc42 était plus élevée dans les tumeurs de stades supérieurs que dans les stades inférieurs, coïncidant avec une plus grande métastase lymphatique et une invasion dans le cancer des voies urinaires supérieures. Bien que les protéines RhoA et RhoC constituent une partie importante des Rho GTPases qui sont liées à la promotion du comportement invasif des carcinomes du sein, il a été difficile d'attribuer des fonctions spécifiques à ces membres individuels. Nous avons utilisé une approche d'interférence ARN rétrovirale stable pour générer des cellules de carcinome du sein invasif (cellules SUM-159) dépourvues d'expression RhoA ou RhoC. L'analyse de ces cellules nous a permis de déduire que RhoA entrave et RhoC stimule l'invasion. De manière inattendue, cette analyse a également révélé une relation compensatoire entre RhoA et RhoC au niveau à la fois de leur expression et de leur activation, et une relation réciproque entre RhoA et l'activation de Rac1. La leucémie myéloïde chronique (LMC), une maladie des cellules souches qui empêche les cellules myéloïdes de fonctionner correctement, a été liée à la polymérisation de l'actine. Des protéines de signalisation comme RhoA, régulent la polymérisation de l'actine. En raison des différences de protéines entre les neutrocytes normaux et affectés, RhoA est devenu l'élément clé ; d'autres expérimentations ont également montré que les voies d'inhibition de RhoA empêchent la croissance globale des cellules de la LMC. En conséquence, RhoA a un potentiel important en tant que cible thérapeutique dans les techniques de thérapie génique pour le traitement de la LMC. Par conséquent, le rôle de RhoA dans la prolifération des phénotypes de cellules cancéreuses est une application clé qui peut être appliquée à des thérapies ciblées contre le cancer et au développement de produits pharmaceutiques.
Demandes de médicaments
En juin 2012, un nouveau médicament candidat nommé "Rhosin" a été synthétisé par des chercheurs du Cincinnati Children's Hospital, un médicament avec la pleine intention d'inhiber la prolifération du cancer et de favoriser la régénération des cellules nerveuses. Cet inhibiteur cible spécifiquement les Rho GTPases pour empêcher la croissance cellulaire liée au cancer. Lorsqu'elle a été testée sur des cellules cancéreuses du sein, la Rhosine a inhibé la croissance et la croissance des sphères mammaires de manière dose-dépendante, fonctionnant comme des cibles pour RhoA tout en maintenant simultanément l'intégrité des processus cellulaires normaux et des cellules mammaires normales. Ces résultats prometteurs indiquent l'efficacité générale de Rhosin dans la prévention de la prolifération du cancer du sein via le ciblage RhoA.
Cible possible pour les médicaments contre l'asthme et le diabète
Les fonctions physiologiques de RhoA ont été liées à la contraction et à la migration des cellules qui se manifestent par des symptômes à la fois dans l'asthme et le diabète (c.-à-d. limitation du débit d'air et hyperréactivité, désensibilisation, etc.). En raison du chevauchement physiopathologique de la RhoA et de la Rho-kinase dans l'asthme, la RhoA et la Rho-kinase sont devenues de nouvelles molécules cibles prometteuses pour la recherche pharmacologique visant à développer des formes alternatives de traitement de l'asthme. Les mécanismes RhoA et Rho kinase ont été liés au diabète en raison de l'expression régulée à la hausse des cibles chez les animaux diabétiques de type 1 et 2. L'inhibition de cette voie a empêché et amélioré les changements pathologiques des complications diabétiques, indiquant que la voie RhoA est une cible prometteuse pour le développement thérapeutique dans le traitement du diabète
Les références
Lectures complémentaires
- Ramakers GJ (avril 2002). « Protéines Rho, retard mental et la base cellulaire de la cognition ». Tendances en neurosciences . 25 (4) : 191–9. doi : 10.1016/S0166-2236(00)02118-4 . PMID 11998687 . S2CID 13941716 .
- Chang ZF, Lee HH (mars 2006). "Signalisation RhoA dans l'apoptose induite par l'ester de phorbol" . Journal des sciences biomédicales . 13 (2) : 173-80. doi : 10.1007/s11373-005-9056-4 . PMID 16496227 .
Liens externes
- rhoA+Protein à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis
- Informations RHOA avec des liens dans la passerelle de migration cellulaire
- Aperçu de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P61586 (Human Transforming protein RhoA) au PDBe-KB .
- Aperçu de toutes les informations structurales disponibles dans le PDB pour UniProt : Q9QUI0 (Mouse Transforming protein RhoA) au PDBe-KB .
