Une biologie de la kinase p38

La voie de signalisation MAPK p38 a été l’un des sujets les plus intensément étudiés en biologie depuis son identification initiale il y a plus de 10 ans. Le niveau d’intérêt pour cette voie a été principalement motivé par deux facteurs. Premièrement, cette voie de signalisation est activée par un large éventail de stimuli et est impliquée dans de nombreuses maladies, notamment l’inflammation. Deuxièmement, la disponibilité rapide d’inhibiteurs sélectifs de p38 a fourni les outils critiques nécessaires pour mieux définir le rôle des protéines kinases dans les voies de signalisation, et les moyens de poursuivre le potentiel thérapeutique de l’inhibition de p38. En effet, au cours des cinq dernières années, un grand nombre d’inhibiteurs de p38 sont entrés dans les essais cliniques.

Au moment de la découverte de la MAP kinase p38, le premier membre de la famille MAP kinase, la kinase régulée par le signal extracellulaire (ERK), avait déjà été identifié. On ignorait cependant qu’il existait deux autres sous-familles de thréonine/tyrosine kinases à double spécificité (p38 et JNK). En 1994, plusieurs groupes de recherche ont indépendamment identifié une nouvelle activité kinase (Freshney et al., 1994 ; Han et al., 1994 ; Rouse et al., 1994 😉 et par la suite, le clonage de l’ADNc humain a conduit à l’identification de p38 α (Lee et al., 1994). Peu après, trois autres variantes d’épissage de la famille p38, p38β, P38y, et p38h ont été identifiées (Jiang et al., 1996, Jiang et al., 1997, Kumar et al., 1997). Deux membres de la famille, p38α et β, sont exprimés de façon ubiquitaire mais régulés de façon différentielle dans différents types cellulaires, tandis que les deux autres sont plus restreints dans leur distribution tissulaire. A ce jour, p38α, qui a été impliqué dans une foule de maladies, est le membre le mieux compris de la famille (revu dans Kumar et al., 2003 et Saklatvala, 2004).

L’activation de p38 a été observée dans divers organismes en réponse à de nombreux stimuli. Les orthologues de p38α chez la levure, le ver et la grenouille ont été impliqués dans l’osmorégulation, les réponses au stress et la régulation du cycle cellulaire. La régulation de p38α dans les cellules de mammifères a également été bien étudiée (revue dans Zarubin et Han, 2005). Il est maintenant clair que la voie de signalisation p38α est complexe, influencée non seulement par les stimuli et le type de cellule, mais aussi par divers régulateurs et combinaisons de kinases activatrices en amont. Il est bien connu qu’il existe deux principales kinases activatrices en amont de p38α, MKK3 et MKK6. En outre, il existe un mécanisme d’activation de p38α indépendant de MKK impliquant la protéine kinase 1 (TAK1) activée par le facteur de croissance transformant (TAB) (Ge et al., 2002). L’activation de p38α peut être réalisée par autophosphorylation après interaction avec TAB1. Il est également suggéré que p38 régule négativement la signalisation de TAK1 en phosphorylant TAB1 (Cheung et al., 2003). En aval de la signalisation de TAK1 se trouve IKK, qui sert d’étape d’activation essentielle de la kinase Tpl2 et de ses cibles en aval, MEK1 et ERK (Waterfield et al., 2004). Ainsi, l’inhibition de p38 entraîne la régulation à la hausse de TAK1, ce qui conduit à l’activation de ERK. Ceci explique pourquoi l’activation d’ERK est fréquemment observée dans les cellules traitées par des inhibiteurs de p38α. Ce résultat souligne la nécessité de comprendre la diaphonie non linéaire potentielle entre les voies de signalisation des kinases. Outre TAK1, d’autres kinases en amont (MAP3K) sont également impliquées dans l’activation de p38α et de son proche voisin, JNK. Contribuent également au processus d’activation les petites protéines de liaison au GTP comme Rac1 et Cdc42 et leur interaction avec PAK (kinases activées par p21) et MLK1.

Les substrats en aval des MAP kinases p38 sont MAPKAPK2 (Kotlyarov et al., 2002) et MAPKAPK3 (McLaughlin et al., 1996), qui phosphorylent divers substrats, notamment la petite protéine de choc thermique 27 (HSP27), la protéine 1 spécifique aux lymphocytes (LSP1), la protéine de liaison à l’élément de réponse à l’AMPc (CREB), le facteur de transcription (ATF1), le SRF et la tyrosine hydroxylase. Le substrat de MAPKAPK2, la tritetraproline, une protéine qui déstabilise l’ARNm, présente un intérêt particulier (Tchen et al., 2004). MNK est un autre substrat de p38 qui semble être impliqué dans l’initiation de la traduction, car il phosphoryle eIF-4E (Waskewicz et al., 1997). En outre, la kinase activée par p38 (PRAK) et la protéine kinase activée par les mitogènes et le stress (MSK1) sont également connues pour être activées par p38α, bien que MSK1 soit également activée par ERK (Deak et al., 1998). Sans surprise, il existe un grand nombre de facteurs de transcription qui sont régulés par p38 (revu dans Zarubin et Han, 2005). Parmi les exemples, citons les facteurs de transcription activateurs 1, 2 et 6, la protéine accessoire de la SRF (Sap1), GADD153, p53, c/EBPb, le facteur d’amélioration des myocytes 2C (MEF2C), MEF2A, DIT3, ELK1, NFAT et la protéine à boîte de groupe à haute mobilité (HBP1). D’autres protéines non apparentées, telles que cPLA1, l’isoforme-1 de l’échangeur Na+/H+ (NHE-1), la tau, la kératine 8 et la stathmine se sont également révélées être des substrats de p38α.

Le mécanisme par lequel les inhibiteurs de la MAP kinase p38 suppriment l’expression des cytokines inflammatoires est resté insaisissable. L’expression des gènes inflammatoires est fortement régulée à la fois au niveau transcriptionnel et post-transcriptionnel. Les premières études examinant les effets des inhibiteurs de p38 sur les monocytes humains ont suggéré que la régulation de la biosynthèse des cytokines inflammatoires (principalement IL-1 et TNF) se produisait au niveau post-transcriptionnel. Par la suite, il est devenu évident que la stabilité de l’ARNm peut être influencée négativement par l’inhibition de la voie p38 (Frevel et al., 2003). Cette observation a incité d’autres études à montrer que d’autres protéines de la réponse inflammatoire, comme la COX-2, étaient affectées de manière similaire (Lasa et al., 2000). D’autres ARNm qui sont stabilisés par p38 comprennent MIP-1a, gm-CSF, VEGF, et MMP-1 et -3 (Dean et al., 2004). Il est intéressant de noter que MAPKAPK-2, un substrat de p38, est également impliqué dans la stabilisation des ARNm par p38. Les formes catalytiquement actives de MAPKAPK-2 stabilisent l’ARNm rapporteur, tandis que MAPKAPK-2 dominant négatif bloque son expression (Winzen et al., 1999).

Un trait commun des caractéristiques structurelles qui influencent la stabilité de l’ARNm est le motif riche en AU dans le 3′UTR étendu. Ce motif a été décrit pour la première fois par Shaw et Kamen (1986). Il existe trois classes distinctes de tels éléments riches en AU (ARE) : la première contient un petit nombre d’ARE (comme c-Fos), la deuxième contient un plus grand nombre d’ARE possédant plusieurs pentamères (comme TNFα, COX-2, etc.), et la troisième classe contient des ARE dépourvus de pentamères, mais contenant des régions riches en U. Les ARE ciblent les ARNm pour une morténylation rapide dans les cellules. En général, les ARE régulées par p38 ont des motifs structurels similaires avec des pentamères multiples et superposés dans les 3′UTR. Il y a cependant des exceptions, comme les MMP-1 et -3 (Reunanen et al., 2002) et la tristetraproline (Mahtani et al., 2001, Tchen et al., 2004), des ARNm qui contiennent au moins un pentamère, et des séquences riches en U. Le mécanisme précis par lequel p38 régule la stabilité des ARNm n’est toujours pas clair. On pense que la kinase en aval MAPKAPK-2 est impliquée, ainsi qu’une protéine insaisissable se liant à l’ARE. Il existe un certain nombre de candidats (Dean et al., 2004), mais aucun ne remplit tous les critères pour être la protéine qui relie les voies p38 et les ARNm contenant des ARE. Parmi celles-ci, la tristetraproline est une possibilité intéressante, bien qu’elle serve principalement d' »interrupteur » dans la stabilisation de l’ARNm.

Un grand nombre de données provenant d’études précliniques indiquent un rôle central de p38 dans les réponses immunologiques et inflammatoires (Dong et al., 2002 ; Kracht et Saklatvala, 2002 ; Kumar et al., 2003). On sait maintenant que la voie p38 est sélectivement activée dans les cellules T effectrices Th1 en réponse à l’IL-12 et à l’IL-18. La production de cytokines Th1, telles que l’interféron gamma, est inhibée par les inhibiteurs de p38, alors que la production d’IL-4, une cytokine Th2, ne l’est pas. Dans les macrophages, un certain nombre de cytokines inflammatoires, comme le TNF, l’IL-1, l’IL-6 et l’IL-8, sont régulées par la voie p38. Le fibroblaste d’embryon de souris knock-out MKK3 répond au TNF, mais pas à l’IL-1, aux UV ou au sorbitol, ce qui indique un rôle de MKK3 dans l’action du TNF, mais pas de l’IL-1. Dans les fibroblastes d’embryons de souris knock-out p38α, cependant, la production d’IL-6 induite par l’IL-1 est sévèrement compromise. Ces données suggèrent que différents ligands vont déclencher la fonction de différentes kinases dans la voie p38. Associés à un grand nombre de preuves génétiques et pharmacologiques in vivo, ces résultats confirment que p38 est une cible valable, dont l’inhibition pourrait apporter un bénéfice thérapeutique dans une variété de maladies inflammatoires, en particulier la polyarthrite rhumatoïde (Foster et al., 2000). D’autres possibilités d’intervention pharmacologique incluent l’hypertrophie cardiaque, la maladie d’Alzheimer, les lésions vasculaires, le psoriasis et les maladies inflammatoires de l’intestin.