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Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 23, Numéro 10, Octobre 2007
Page(s) 857 - 861
Section M/S revues
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/20072310857
Publié en ligne 15 octobre 2007

© 2007 médecine/sciences - Inserm / SRMS

La voie de signalisation NF-κB

La voie de signalisation NF-κB joue un rôle important dans les réponses immune et inflammatoire. Il a été montré récemment qu’elle était aussi impliquée dans la réponse anti-apoptotique, à la fois au cours des phénomènes de différenciation normale (en particulier dans le système hématopoïétique) et de cancérogenèse [1].

Les protéines NF-κB sont des activateurs transcriptionnels présents dans la cellule sous forme de dimères. Les membres de cette famille sont au nombre de cinq chez les mammifères : p50, p52, c-rel, p65 (aussi appelée relA) et relB. Les complexes transactivateurs rencontrés le plus souvent sont les hétérodimères p50/p65 (qui correspondent à l’activité NF-κB décrite initialement) mais de nombreuses autres combinaisons existent. Les sous-unités p50 et p52 sont synthétisées sous forme de précurseurs cytoplasmiques, respectivement p105 et p100. En l’absence de signaux extracellulaires spécifiques, les dimères NF-κB sont retenus dans le cytoplasme sous une forme inactive par leur interaction avec les molécules de la famille IκB. Cette famille de protéines comprend cinq membres : IκBα, IκBβ, IκBε, et les précurseurs p105 et p100, qui ont donc une double fonction. À la suite de diverses stimulations (par des cytokines dont TNFα, interleukine-1, des protéines bactériennes ou virales, et divers signaux de stress), les molécules IκB sont phosphorylées par un complexe kinase composé de trois sous-unités : deux sous-unités catalytiques à activité sérine/thréonine kinase (IKKα et IKKβ) et une sous-unité régulatrice, NEMO/IKKγ [2]. Ces événements de phosphorylation entraînent l’ubiquitinylation des IκB puis leur dégradation par le protéasome 26S, ce qui a pour conséquence de permettre aux dimères NF-κB d’être transportés dans le noyau où ils se fixent sur les promoteurs de leurs gènes cibles.

Deux voies d’activation de NF-κB ont été caractérisées (Figure 1). La voie dite canonique - induite par les signaux classiques mentionnés ci-dessus - implique NEMO et les kinases IKKα et IKKβ et aboutit à la dégradation complète des inhibiteurs IκB, libérant des complexes de type p50/p65. La voie alterne - induite par des molécules comme la lymphotoxine β, BAFF (B cell-activating factor belonging to the TNF family) et le ligand de CD40 - implique les protéines kinases NIK (Nck interacting kinase) et IKKα - et conduit à la dégradation partielle du précurseur p100, libérant ainsi des complexes de type p52/relB et p52/relA [3].

thumbnail Figure 1.

Mécanismes d’activation de NF-kB par la voie classique et la voie alterne. Voie classique : à la suite d’une stimulation (TNFα, interleukine-1, TCR ou BCR…), le complexe NEMO/IKK est activé et phosphoryle les molécules IκB. Cette phosphorylation entraîne l’ubiquitinylation des IκB par le complexe SCF-βTrCP puis leur dégradation par le protéasome. Les complexes NF-κB sont alors transportés dans le noyau et activent leurs gènes-cibles. Voie alterne : à la suite d’une stimulation par des stimulus particuliers (lymphotoxine β [LTβ], BAFF, CD40L…) la protéine kinase NIK est activée et phosphoryle IKKα. IKKα phosphoryle le précurseur p100 qui est ensuite ubiquitinylé par le complexe SCF-βTrCP et partiellement dégradé par le protéasome pour libérer les complexes p52/RelA/B qui sont alors transportés dans le noyau et activent différents gènes-cibles.

Activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes T

L’homéostasie des lymphocytes est le résultat d’un contrôle précis entre prolifération cellulaire et mort programmée (apoptose). Après avoir reconnu un antigène spécifique via le récepteur à l’antigène, le lymphocyte subit une expansion clonale impliquant de nombreux récepteurs cellulaires. Ces récepteurs et leurs ligands induisent des cascades de signalisation qui conduisent à l’activation de trois familles de facteurs de transcription : NF-κB, NF-AT et AP1. Nous décrirons dans cette revue uniquement les mécanismes d’activation du facteur de transcription NF-κB dans le cadre d’une activation du récepteur des lymphocytes T. De nombreux composants de cette voie de signalisation ont été identifiés par des expériences d’invalidation de gènes chez la souris comme par exemple : ZAP-70, SLP-76, PLCγ1, PI3K, PKCθ, Vav1, BCL-10, CARMA1, MALT1/paracaspase RIP2, caspase 8, et ADAP [2, 4].

Les premières étapes de l’activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes T

La stimulation du complexe CD3/récepteur des lymphocytes T permet l’activation de NF-κB, et une co-activation de CD28 par ses ligands B7.1 et B7.2 potentialise cette activation. Cette stimulation entraîne l’activation de protéines à activité tyrosine kinase selon un mode séquentiel : dans un premier temps, les protéines à activité tyrosine kinase de la famille Src, Lck et Fyn phosphorylent des motifs conservés du complexe CD3/récepteur des lymphocytes T, et dans un deuxième temps, ces phosphorylations permettent le recrutement d’une protéine à activité tyrosine kinase de la famille Syk, Zap-70. Zap-70 joue ensuite un rôle dans les premières étapes d’activation du récepteur des lymphocytes T en phosphorylant les molécules adaptatrices LAT et SLP-76. Ces phosphorylations sont responsables de l’organisation de complexes moléculaires contenant des protéines comme Vav1, le facteur d’échange du GDP en GTP, et la phospholipase C-γ1 (PLC-γ1). L’association entre Vav1 et SLP-76 semble requise pour conduire à l’activation de NF-κB en réponse à une co-stimulation de CD3 et CD28 [2].

Rôle central de PKCθ dans l’activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes T

De nombreux travaux suggèrent que PKCθ, dont l’expression est presque uniquement restreinte aux cellules lymphoïdes, possède une importance particulière dans les cellules T. Des expériences de surexpression de molécules actives (mutation A148E dominante-active de PKCθ) et des études génétiques ont permis d’établir le rôle spécifique de PKCθ dans l’activation de NF-κB en réponse à une stimulation du récepteur des lymphocytes T [2]. Une étude fondée sur l’invalidation du gène codant pour la PKCθ chez la souris a confirmé que l’enzyme n’avait un rôle dans l’activation de NF-κB que dans les lymphocytes T matures [5]. Cependant, ces résultats ont été contestés dans une seconde étude utilisant également un modèle de souris invalidées pour l’expression de PKCθ [6].

L’activité de PKCθ est principalement régulée par son recrutement membranaire et son changement de conformation. PKCθ est la seule isoforme de PKC à être recrutée au niveau de la synapse immune (qui est à la jonction entre la cellule présentatrice d’antigène et le lymphocyte T) après l’activation du récepteur des lymphocytes T [2]. Cette relocalisation membranaire de PKCθ est associée à sa redistribution dans des micro-domaines lipidiques appelés « radeaux lipidiques » et elle est nécessaire à l’activation de NF-κB [7].

Plusieurs études suggèrent que PKCθ contribuerait à la mise en place de la synapse immune en permettant la phosphorylation des protéines moésine et WASP (Wiskott-Aldrich syndrome protein) qui interagissent avec le cytosquelette d’actine [8].

BCL-10, CARMA1, MALT1 et la caspase 8 connectent PKCθ à l’activation du complexe NEMO/IKK

Alors que les protéines impliquées dans l’activation de NF-κB en aval de PKCθ ont été identifiées comme étant BCL-10, CARMA1 (CARD-containing membrane-associated guanylate kinase family protein) et MALT1 (Mucosa-associated lymphoid tissue), leurs fonctions précises restent à découvrir. BCL-10 a été identifiée dans les translocations chromosomiques récurrentes t(1 ; 14)(p22 ; q32) associées aux lymphomes du MALT [9] et possède dans sa structure un domaine CARD (caspase recruitment domain) qui est essentiel à l’activation de NF-κB ainsi qu’un domaine riche en sérine et thréonine (Figure 2). L’invalidation du gène codant pour BCL-10 chez la souris a confirmé son rôle dans l’activation de NF-κB. Par ailleurs, ces souris présentent un défaut de fermeture du tube neural, des dysfonctionnements des réponses immunes humorale et cellulaire ainsi qu’une diminution de la prolifération des lymphocytes activés par des antigènes [10].

CARMA1 (CARD11, Bimp3) a été identifiée par plusieurs groupes comme étant une protéine associée à BCL-10 [2]. CARMA1 est exprimée de façon prépondérante dans les lymphocytes et représente un nouveau membre d’une famille de protéines associées à la membrane. Ces protéines (CARMA 1, 2, 3) sont caractérisées par la présence d’un domaine CARD amino-terminal, d’un domaine « coiled-coil » et d’un motif « MAGUK » (membrane-associated guanylate kinase) contenant des domaines PDZ, SH3 et guanylate kinase (GUK) (Figure 2). La suppression de CARMA1 (par mutagenèse somatique ou par interférence ARN) est responsable d’un défaut d’activation de NF-κB en réponse à une stimulation du récepteur des lymphocytes T [2]. L’interaction entre CARMA1 et BCL-10 se fait via leur domaine homotypique CARD, et une mutation ponctuelle dans le domaine CARD de CARMA1 (L39R) est suffisante pour inhiber leur interaction, et, en conséquence, l’activation de NF-κB [11]. Dans les lymphocytes T, la kinase PDK1 permet le recrutement de PKCθ et CARMA1 dans les radeaux lipidiques [12], puis CARMA1 permet à son tour le recrutement de BCL-10 dans les radeaux lipidiques [13]. Des études réalisées avec des souris dont le gène CARMA1 est invalidé, et des souris exprimant un mutant ponctuel de CARMA1, ont montré également l’implication de cette protéine dans l’activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes B [1315].

La paracaspase MALT1 a aussi été impliquée dans l’activation de NF-κB en réponse à une stimulation antigénique [2]. Comme BCL-10, le gène MALT1 est impliqué dans une translocation chromosomique à l’origine de lymphomes du MALT. Cette translocation t(11 ; 18)(q21 ; q21) crée une protéine chimère entre la partie amino-terminale de la protéine anti-apoptotique API2 (c-IAP2) et la partie carboxy-terminale de MALT1, qui est capable d’activer NF-κB [2]. En plus de leur implication commune dans la pathogenèse des lymphomes du MALT, BCL-10 et MALT1 interagissent physiquement et fonctionnellement pour activer NF-κB [16,17]. L’analyse des souris déficientes pour MALT1 a révélé un phénotype proche de celui des souris déficientes en CARMA1 ou BCL-10, caractérisé par un défaut de prolifération et d’activation des lymphocytes stimulés par des antigènes [18,19]. Tout comme PKCθ, CARMA1, MALT1 et NEMO/IKK sont localisées dans la synapse immune lors de l’activation du récepteur des lymphocytes T, et leur présence à ce niveau semble importante pour l’activation de NF-κB [7, 2023].

Une autre protéine impliquée dans la voie d’activation du récepteur des lymphocytes T est la caspase 8, dont le rôle majeur est d’enclencher l’apoptose induite notamment par le récepteur Fas. Les lymphocytes T isolés chez des patients porteurs de mutations dans le gène codant pour la caspase 8 présentent des défauts d’apoptose, mais également, ce qui est plus inattendu, une réponse NF-κB très diminuée en réponse à une stimulation du récepteur des lymphocytes T [24]. Récemment, Su et al. ont montré que la caspase 8 intervenait dans la voie d’activation de NF-κB induite par la stimulation du récepteur des lymphocytes T par son activité enzymatique [25]. Ce travail a montré que la caspase 8 interagit avec les complexes CBM (on appelle ainsi le complexe composé de CARMA1, BCL10 et MALT1) et NEMO/IKK après l’activation du récepteur des lymphocytes T. Ainsi, dans des cellules n’exprimant pas la caspase 8, le complexe CBM ne peut plus recruter NEMO/IKK. Ces données suggèrent que la caspase 8 interagit avec le complexe CBM et facilite le recrutement et l’activation du complexe NEMO/IKK. De plus, FADD, une protéine adaptatrice dont on sait qu’elle interagit avec la caspase 8, est également recrutée au complexe CBM après l’activation du récepteur des lymphocytes T. Une autre étude a montré que TRAF6 interagit avec la caspase 8 active après stimulation du récepteur des lymphocytes T et facilite ainsi son recrutement dans les radeaux lipidiques [26].

thumbnail Figure 2.

Structure des protéines CARMA1, BCL-10 et MALT1. CARMA1 est un membre de la famille MAGUK (membrane-associated guanylate kinase) et contient un domaine CARD (caspase recruitment domain), un domaine Coiled-Coil (CC), un domaine PDZ (Psd95, Dlga and Zo1 homology), un domaine SH3 (Src-Homology 3) et un domaine GUK (guanylate kinase). BCL-10 (B-cell lymphoma-10) contient un domaine CARD et un domaine riche en sérines et thréonines. MALT1 contient un death domain (DD), deux domaines Ig like et un domaine caspase like.

Mécanismes de régulation positive et négative de l’activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes T

Il est maintenant clairement établi que les fonctions des protéines CARMA1 et BCL-10 sont régulées par des événements de phosphorylation et d’ubiquitinylation [27] (Figure 3). Ainsi, une étude récente a montré que CARMA1 est phosphorylée par PKCθ sur un domaine de jonction situé entre les domaines coiled-coil et PDZ [27]. Cet évènement de phosphorylation conduit à un changement de conformation de CARMA1 qui lui permet d’interagir avec le complexe BCL-10/MALT1 et d’activer la voie NF-κB. L’interaction entre CARMA1 et BCL-10 semble également dépendre de la phosphorylation de CARMA1 par CaMKII (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II) [27].

thumbnail Figure 3.

Activation de NF-kB induite par le récepteur des lymphocytes T (TCR). À la suite de la stimulation du TCR, un grand nombre de protéines comme PDK1, PKCθ, CARMA1, BCL-10 et MALT1 sont recrutées au niveau de la synapse immune. PDK1 interagit à la fois avec PKCθ et CARMA1 et active PKCθ. La phosphorylation de CARMA1 par PKCθ lui permet d’interagir avec BCL-10 et MALT1 pour former le complexe CARMA1/BCL-10/MALT1 (CBM). Différentes kinases (RIP2, Akt et CaMKII) ont été proposées comme ayant un rôle modulateur de BCL-10. Le complexe CBM active le complexe kinase NEMO/IKK par des mécanismes encore mal connus faisant appel à l’ubiquitinylation de NEMO. Le complexe NEMO/IKK phosphoryle les IκB et permet ainsi l’activation de NF-κB (rôle régulateur positif). Le complexe NEMO/IKK a également un rôle régulateur négatif en phosphorylant BCL-10, ce qui est responsable de sa dissociation de MALT1 et de sa dégradation par le protéasome.

BCL-10 présente un double rôle dans l’activation de NF-κB par le récepteur des lymphocytes T. En effet, certaines modifications secondaires de cette protéine vont avoir des effets régulateurs positifs alors que d’autres auront des effets régulateurs négatifs. Une étude a montré que RIP2 (receptor interacting protein-2) s’associe à BCL-10 et est responsable de sa phosphorylation [2]. D’autres études ont montré une réduction sévère de la prolifération de lymphocytes T déficients en RIP2, ainsi qu’une diminution de leur activation de NF-κB et de leur production d’interleukine-2 en réponse à la stimulation du récepteur des lymphocytes T [2]. Ces données suggèrent un rôle positif de la phosphorylation de BCL-10 par RIP2 dans l’activation de NF-κB. Récemment, Ishiguro et al. ont observé que BCL-10 était phosphorylée par la kinase CaMKII, mais les conséquences de cette phosphorylation ne sont pas clairement établies [27]. D’autre part, la kinases IKKβ phosphoryle BCL-10, ce qui, dans un premier temps, permet son association avec CARMA1 qui est importante pour induire l’activation de NF-κB (régulation positive) et, dans un second temps, favorise sa dissociation de MALT1 (régulation négative) [28]. Récemment, une deuxième étude a montré que BCL-10 est phosphorylée par le complexe NEMO/IKK sur d’autres sites que ceux décrits dans l’étude précédente [29]. Ces sites de phosphorylation font partie d’une séquence consensus (également présente dans la séquence secondaire des IκB) reconnue par l’enzyme d’ubiquitinylation β-TrCP, ce qui entraîne l’ubiquitinylation de BCL-10 puis sa dégradation par le protéasome et permet ainsi de réguler négativement l’activation de NF-κB [29].

Finalement, en ce qui concerne le mécanisme d’activation du complexe NEMO/IKK, les travaux du groupe de V. Dixit ont montré que BCL-10, MALT1 et l’ubiquitine ligase Ubc13 sont impliquées dans la polyubiquitinylation de NEMO [30]. Cette polyubiquitinylation est tout à fait particulière puisqu’elle implique une polymérisation de l’ubiquitine sur la lysine en position 63 (K63) et est impliquée dans la formation des complexes de signalisation conduisant à l’activation des kinases IKK et non dans des mécanismes de dégradation.

Conclusions

Les protéines CARMA1, BCL-10 et MALT1 font partie d’une voie de signalisation qui est activée par la stimulation du récepteur des lymphocytes T et conduit à l’activation de NF-κB qui contrôle l’activation, la différenciation et la prolifération des lymphocytes T. Les mécanismes d’action, la régulation et la fonction de ces protéines commencent à être élucidés. De nombreux travaux ont permis de mieux comprendre comment CARMA1, BCL-10 et MALT1 sont connectées au récepteur des lymphocytes T, et d’identifier les mécanismes moléculaires permettant l’interaction entre ces différentes molécules. De nombreuses inconnues subsistent cependant quant au mode d’activation du complexe kinase NEMO/IKK par ces protéines. Par ailleurs, la formation du complexe CARMA1-BCL-10-MALT1 semble faire intervenir une quatrième protéine, ADAP [4]. En effet, une étude récente montre que cette protéine interagit avec CARMA1, permet le recrutement à la membrane de BCL-10 et MALT1 et est nécessaire à l’activation de NF-κB en réponse à une stimulation du récepteur des lymphocytes T. Des translocations chromosomiques impliquant les gènes codant pour BCL-10 et MALT1 ayant été associées à la survenue de lymphomes du MALT, une meilleure compréhension du fonctionnement de ces molécules devrait permettre le développement de nouveaux traitements pour ces pathologies.

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Liste des figures

thumbnail Figure 1.

Mécanismes d’activation de NF-kB par la voie classique et la voie alterne. Voie classique : à la suite d’une stimulation (TNFα, interleukine-1, TCR ou BCR…), le complexe NEMO/IKK est activé et phosphoryle les molécules IκB. Cette phosphorylation entraîne l’ubiquitinylation des IκB par le complexe SCF-βTrCP puis leur dégradation par le protéasome. Les complexes NF-κB sont alors transportés dans le noyau et activent leurs gènes-cibles. Voie alterne : à la suite d’une stimulation par des stimulus particuliers (lymphotoxine β [LTβ], BAFF, CD40L…) la protéine kinase NIK est activée et phosphoryle IKKα. IKKα phosphoryle le précurseur p100 qui est ensuite ubiquitinylé par le complexe SCF-βTrCP et partiellement dégradé par le protéasome pour libérer les complexes p52/RelA/B qui sont alors transportés dans le noyau et activent différents gènes-cibles.

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thumbnail Figure 2.

Structure des protéines CARMA1, BCL-10 et MALT1. CARMA1 est un membre de la famille MAGUK (membrane-associated guanylate kinase) et contient un domaine CARD (caspase recruitment domain), un domaine Coiled-Coil (CC), un domaine PDZ (Psd95, Dlga and Zo1 homology), un domaine SH3 (Src-Homology 3) et un domaine GUK (guanylate kinase). BCL-10 (B-cell lymphoma-10) contient un domaine CARD et un domaine riche en sérines et thréonines. MALT1 contient un death domain (DD), deux domaines Ig like et un domaine caspase like.

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thumbnail Figure 3.

Activation de NF-kB induite par le récepteur des lymphocytes T (TCR). À la suite de la stimulation du TCR, un grand nombre de protéines comme PDK1, PKCθ, CARMA1, BCL-10 et MALT1 sont recrutées au niveau de la synapse immune. PDK1 interagit à la fois avec PKCθ et CARMA1 et active PKCθ. La phosphorylation de CARMA1 par PKCθ lui permet d’interagir avec BCL-10 et MALT1 pour former le complexe CARMA1/BCL-10/MALT1 (CBM). Différentes kinases (RIP2, Akt et CaMKII) ont été proposées comme ayant un rôle modulateur de BCL-10. Le complexe CBM active le complexe kinase NEMO/IKK par des mécanismes encore mal connus faisant appel à l’ubiquitinylation de NEMO. Le complexe NEMO/IKK phosphoryle les IκB et permet ainsi l’activation de NF-κB (rôle régulateur positif). Le complexe NEMO/IKK a également un rôle régulateur négatif en phosphorylant BCL-10, ce qui est responsable de sa dissociation de MALT1 et de sa dégradation par le protéasome.

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