La voie de l’AMP cyclique

L’adénosine cyclique 3′,5′-monophosphate (AMPc) a été le premier second messager à être identifié et joue des rôles fondamentaux dans les réponses cellulaires à de nombreuses hormones et neurotransmetteurs (Sutherland et Rall 1958). Les niveaux intracellulaires d’AMPc sont régulés par l’équilibre entre les activités de deux enzymes (voir Fig. 1) : l’adénylyl cyclase (AC) et la phosphodiestérase des nucléotides cycliques (PDE). Différentes isoformes de ces enzymes sont codées par un grand nombre de gènes, qui diffèrent dans leurs modes d’expression et leurs mécanismes de régulation, générant des réponses spécifiques au type de cellule et au stimulus (McKnight 1991).

La plupart des AC (les AC solubles régulées par le bicarbonate sont l’exception) sont activées en aval des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) tels que le β adrénocepteur par des interactions avec la sous-unité α de la protéine Gs (αs). L’αs est libérée des complexes hétérotrimériques αβγ de la protéine G suite à la liaison de ligands agonistes aux RCPG (par ex, épinéphrine dans le cas des adrénorécepteurs β) et se lie à l’AC qu’elle active. Les sous-unités βγ peuvent également stimuler certaines isoformes de l’AC. L’AMPc généré à la suite de l’activation de l’AC peut activer plusieurs effecteurs, dont le plus étudié est la protéine kinase dépendante de l’AMPc (PKA) (Pierce et al. 2002).

Alternativement, l’activité des AC peut être inhibée par des ligands qui stimulent les GPCRs couplés à Gi et/ou l’AMPc peut être dégradé par les PDEs. En effet, les AC et les PDE sont régulés positivement et négativement par de nombreuses autres voies de signalisation (voir Fig. 2), telles que la signalisation calcique (par la calmoduline, CamKII, CamKIV et la calcineurine), les sous-unités d’autres protéines G (par ex, αi, αo, et αq, et les sous-unités βγ dans certains cas), les lipides inositol (par PKC), et les récepteurs à tyrosine kinase (par la MAP kinase ERK et PKB) (Yoshimasa et al. 1987 ; Bruce et al. 2003 ; Goraya et Cooper 2005). La diaphonie avec d’autres voies permet une modulation supplémentaire de la force du signal et de la spécificité du type de cellule, et la signalisation en amont par la PKA elle-même stimule la PDE4.

Il existe trois effecteurs principaux de l’AMPc : La PKA, le facteur d’échange guanine-nucléotide (GEF) EPAC et les canaux ioniques gérés par les nucléotides cycliques. La protéine kinase (PKA), la cible la mieux comprise, est un complexe symétrique composé de deux sous-unités régulatrices (R) et de deux sous-unités catalytiques (C) (il existe plusieurs isoformes de ces deux sous-unités). Il est activé par la liaison de l’AMPc à deux sites sur chacune des sous-unités R, ce qui entraîne leur dissociation des sous-unités C (Taylor et al. 1992). L’activité catalytique de la sous-unité C est diminuée par un inhibiteur de protéine kinase (PKI), qui peut également agir comme un chaperon et favoriser l’exportation nucléaire de la sous-unité C, diminuant ainsi les fonctions nucléaires de la PKA. Les protéines d’ancrage de la PKA (AKAP) assurent la spécificité de la transduction du signal AMPc en plaçant la PKA à proximité d’effecteurs et de substrats spécifiques. Elles peuvent également la cibler vers des emplacements subcellulaires particuliers et l’ancrer à des AC (pour une activation locale immédiate de la PKA) ou à des PDE (pour créer des boucles de rétroaction négative locales pour la terminaison du signal) (Wong et Scott 2004).

Un grand nombre de protéines cytosoliques et nucléaires ont été identifiées comme substrats de la PKA (Tasken et al. 1997). La PKA phosphoryle de nombreuses enzymes métaboliques, notamment la glycogène synthase et la phosphorylase kinase, qui inhibent respectivement la synthèse du glycogène et favorisent sa dégradation, et l’acétyl CoA carboxylase, qui inhibe la synthèse des lipides. La PKA régule également d’autres voies de signalisation. Par exemple, elle phosphoryle et inactive ainsi la phospholipase C (PLC) β2. En revanche, elle active les MAP kinases ; dans ce cas, la PKA favorise la phosphorylation et la dissociation d’une tyrosine phosphatase (PTP) inhibitrice. La PKA diminue également les activités de Raf et Rho et module la perméabilité des canaux ioniques. En outre, elle régule l’expression et l’activité de divers AC et PDE.

La régulation de la transcription par la PKA se fait principalement par la phosphorylation directe des facteurs de transcription protéine de liaison à l’élément répondant à l’AMPc (CREB), modulateur répondant à l’AMPc (CREM), et ATF1. La phosphorylation est un événement crucial car elle permet à ces protéines d’interagir avec les coactivateurs transcriptionnels CREB-binding protein (CBP) et p300 lorsqu’ils sont liés aux éléments de réponse à l’AMPc (CRE) dans les gènes cibles (Mayr et Montminy 2001). Le gène CREM code également pour le puissant répresseur ICER, qui rétroagit négativement sur la transcription induite par l’AMPc (Sassone-Corsi 1995). Notez toutefois que le tableau est plus complexe, car CREB, CREM et ATF1 peuvent tous être phosphorylés par de nombreuses kinases différentes, et la PKA peut également influencer l’activité d’autres facteurs de transcription, y compris certains récepteurs nucléaires.

En plus de la régulation négative par des signaux qui inhibent l’AC ou stimulent l’activité de la PDE, l’action de la PKA est contrebalancée par des protéines phosphatases spécifiques, notamment PP1 et PP2A. La PKA peut à son tour réguler négativement l’activité des phosphatases en phosphorylant et en activant des inhibiteurs spécifiques de la PP1, tels que I1 et DARPP32. La phosphorylation promue par la PKA peut également augmenter l’activité de la PP2A dans le cadre d’un mécanisme de rétroaction négative.

Un autre effecteur important de l’AMPc est l’EPAC, un GEF qui favorise l’activation de certaines petites GTPases (par exemple, Rap1). Une fonction majeure de Rap1 est d’augmenter l’adhésion cellulaire via les récepteurs intégrines (la façon dont cela se produit n’est pas claire) (Bos 2003).

Enfin, l’AMPc peut se lier à et moduler la fonction d’une famille de canaux ioniques gérés par des nucléotides cycliques. Il s’agit de canaux cationiques relativement non sélectifs qui conduisent le calcium. Le calcium stimule les kinases CaM et CaM-dépendantes et, à son tour, module la production d’AMPc en régulant l’activité des AC et des PDE (Zaccolo et Pozzan 2003). Les canaux sont également perméables au sodium et au potassium, ce qui peut modifier le potentiel membranaire dans les cellules électriquement actives.

Remerciements

Figure 2 adaptée de Fimia et Sassone-Corsi (2001).

• Copyright © 2012 Cold Spring Harbor Laboratory Press ; tous droits réservés