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3. Rho GTPases
La communication entre les cellules se fait par l'intermédiaire de signaux transmis par des protéines spécifiques de signalisation cellulaire. Les GTPases de la superfamille Ras (ou petites protéines G) appartiennent à ce groupe de molécules. Cette superfamille Ras comprend un grand groupe de petites protéines liant le GTP qui sont structurellement et fonctionnellement conservées. Ces petites protéines régulent diverses voies intracellulaires comme la signalisation médiée par les récepteurs, les phénomènes d’importation et d’exportation nucléaires et l’organisation du cytosquelette. Ces protéines sont activées par la fixation du GTP et inactivées par l’hydrolyse du GTP en GDP. La cinétique de ces processus est modifiée par différentes classes de protéines auxiliaires. Les facteurs d’échange du nucléotide guanylique (GEFs) catalysent le relâchement du GDP et la capture d’un nouveau nucléotide, le plus souvent le GTP, qui active la protéine. Les protéines activant les GTPases (GAPs) stimulent la faible activité GTPase intrinsèque des petites protéines liant le GTP et ainsi inactivent la protéine par le biais de l’hydrolyse du GTP (Corbett and Alber, 2001). Le recrutement de ces protéines aux sites cellulaires appropriés est assuré par d'autres protéines ou d'autres molécules comme les lipides. Parmi ces lipides, les phosphoinositides jouent un rôle essentiel dans ces processus de signalisation. Ces GTPases sont des protéines monomériques dont l'état d'activation est déterminé par la fixation d'un nucléotide GDP ou GTP. Elles se répartissent en 5 familles principales : Ras, Rho, Rab, Ran et Sar1/Arf (Takai et al, 2001) (Figure 12).  Figure 12 : Dendrogramme de la superfamille des petites protéines G (Takai et al, 2001) Les petites protéines G sont organisées en 5 domaines dont certains sont responsables de l'interaction spécifique avec les nucléotides guanyliques et/ou de l'hydrolyse du GTP en GDP et Pi (activité GTPasique) (Corbett and Alber, 2001). Les GTPases des familles Ras, Rho et Rab ont à leur extrémité C terminale un motif peptidique conservé CAAX permettant des modifications post-traductionnelles de type lipidique favorisant l'attachement aux membranes cellulaires. Le C de ce motif représente une cystéine, A un résidu aliphatique et X un autre acide aminé. La nature du résidu X conditionne la nature du résidu lipidique ajouté. Par exemple s'il s'agit d'une leucine, c'est un groupe géranyl-géranyl qui sera associé à la GTPase (Bourne et al, 1991). Les GTPases de la famille Ras, essentiellement composée par les protéines Ras, Ral et Rap, sont principalement impliquées dans le contrôle cellulaire de la prolifération, la transformation, la survie et la différenciation (Takai et al, 2001). L'activation des protéines de la branche Scar1/Arf provoque le recrutement des protéines du manteau (COPI, COPII ou clathrine) nécessaires à la formation des vésicules intracellulaires. La famille des protéines Rab est impliquée dans les processus de trafic vésiculaire. La protéine Ran, de localisation nucléaire, est un des régulateurs des transports effectués entre le noyau et le cytoplasme (Takai et al, 2001).
Les Rho GTPases constituent une famille distincte au sein de la superfamille des petites GTPases Ras et sont présentes dans toutes les cellules eucaryotes. Cette famille des Rho GTPases intervient dans un grand nombre de processus cellulaires : la polymérisation de l'actine, la progression du cycle cellulaire, le trafic membranaire ainsi que l'adhésion et la polarité cellulaire. Les protéines de cette famille se divisent en différents groupes : les protéines Rho (RhoA, RhoB et RhoC), les protéines Rac (Rac1, Rac2, Rac3 et RhoG), les protéines Cdc42 (Cdc42, TC10, TCL, Wrch1 et Chp/Wrch2), les protéines Rnd (Rnd1, Rnd2 et Rnd3/RhoE), les protéines RhoBTB (RhoBTB1 et RhoBTB2) ainsi que les protéines RhoD, Rif et RhoH/TTF. Les études rapportées dans la littérature ont principalement porté sur 3 des ces protéines : Cdc42, Rac1 et RhoA. Les interactions avec les protéines effectrices se font lorsque ces protéines sont liées au GTP. La capacité des Rho GTPases à réguler les voies de signalisation dépend du nucléotide fixé, l'état de ce dernier étant lui-même contrôlé par l'activité GTPase intrinsèque, qui est faible, et par d'autres protéines régulatrices. Au repos, la protéine, liée au GDP, est sous une forme inactive. Sous l'effet d'un signal activateur, le GDP va être substitué par du GTP permettant à la petite protéine G, alors sous forme active, d'interagir avec ses effecteurs et de transmettre le message à la cellule jusqu'à son retour à l'état inactif suite à l'hydrolyse du GTP. Ce cycle d'activation/inactivation est contrôlé par des protéines régulatrices spécifiques de ces GTPases. Ces dernières protéines comportent des inhibiteurs de dissociation de la guanine (facteurs GDI : guanine nucleotide dissociation inhibitor) qui vont stabiliser soit l'état lié au GDP soit celui lié au GTP, des GEFs qui sont des protéines qui facilitent l'échange du GDP en GTP et des protéines GAPs qui hydrolysent le GTP lié aux Rho GTPases et ainsi les inactivent (Peck et al, 2002) (Figure 13).  Figure 13 : Le cycle des GTPases. Les GTPases passent d'un état inactif lié au GDP à un état actif lié au GTP. Ces changements d'état sont régulés par les facteurs GEF et les protéines GAP. Les GTPases actives interagissent avec des protéines effectrices pour générer une réponse cellulaire (Jaffe and Hall, 2005). Certains membres de la superfamille Ras, notamment les protéines Rho et Rab, sont soumis à un autre type de régulation. Les facteurs GDI régulent l'échange entre le GDP et GTP en séquestrant les petites protéines G dans le cytoplasme. En effet, en s'associant à la forme inactive des GTPases, les facteurs GDI empêchent les facteurs d'échange de dissocier le complexe GTPase/GDP et ainsi de laisser place au GTP. De plus, les facteurs GDI interagissent directement avec le groupement lipidique permettant l'ancrage lipidique des petites protéines G aux membranes cellulaires. Les Rho GTPases complexées aux Rho GDI sont de ce fait dans l'incapacité d'être dirigées vers la membrane plasmique où elles doivent exercer leur fonction (Zalcman et al, 1999).
Les réarrangements du cytosquelette interviennent dans un grand nombre de processus dynamiques cellulaires : changement de morphologie, mobilité, polarité, division, adhérence, transport des vésicules. Le cytosquelette correspond à l'organisation de différentes structures fibreuses et plus particulièrement les filaments d'actine et les microtubules. Les Rho GTPases agissent sur le cytosquelette d’actine. L’activation des protéines Rho, Rac ou Cdc42 entraîne l’assemblage et l’organisation des filaments contractiles d’actine et de myosine. Rac et Cdc42 initient la polymérisation de l’actine par l’intermédiaire du complexe Arp2/3 (Jaffe and Hall, 2005). Rho stimule la polymérisation de l’actine par le biais d’autres protéines comme DRF (diaphanous-related formin) et mDia1 (et possiblement mDia2). mDia1 contient un domaine FH1 qui interagit directement avec le complexe actine/profiline à l’extrémité du filament. Cette protéine reste liée au filament après l’addition d’un monomère d’actine et permet ainsi l’ajout d’un autre. Rac et Cdc42 sont responsables de la formation d’un réseau de filaments "branchés" et Rho favorise l'élongation linéaire. La cofiline a un effet inverse puisqu’elle favorise la dissociation des monomères d’actine. L'activité de la cofiline est modifiée par son état de phosphorylation, la liaison du PI(4,5)P2, des changements du pH intracellulaire ainsi que par des interactions protéines-protéines. La phosphorylation de la cofiline qui entraîne son inactivation se fait par l’intermédiaire des LIM kinases qui sont elles-même activées par des kinases dépendantes de Rac/Cdc42 ou de Rho (Rho-kinase : ROCK) (Jaffe and Hall, 2005). L'activation de Rho, induite en particulier par l'acide lysophosphatidique, entraîne la formation de filaments d'actine sous forme de fibres de tension associées à des plaques d'adhérence. La protéine Rac en réponse à des facteurs de croissance (PDGF, EGF, insuline) induit la formation d'extensions de type lamellipode, des replis membranaires ainsi que des contacts focaux d'adhérence. Enfin, l'apparition de filopodes est liée à l'activation de Cdc42 (Ridley and Hall, 1992 ; Ridley et al, 1992). Les filaments d'actine sont des structures polarisées composées d'une hélice serrée de monomères d'actine. Dans la cellule, il existe un équilibre dynamique entre ces monomères et les filaments. Le complexe Arp2/3, association de sept polypeptides retrouvés dans la majorité des cellules, est un facteur essentiel à la génération de nouveaux filaments puisqu'il initie la formation continue de ces derniers en réponse à la signalisation (Mullins et al, 1998). Les protéines de la coiffe et la gelsoline ont pour fonction de bloquer l'assemblage des filaments en se fixant à leurs extrémités (Pantaloni et al, 2001). Au moins deux effecteurs, ROCK et Dia, semblent être requis pour l'apparition des fibres de tension et des plaques d'adhésion induites par Rho. La sérine - thréonine kinase ROCK est un effecteur de Rho capable d'augmenter directement le niveau de phosphorylation de la chaîne légère de la myosine II (MLC, myosin light chain) et d'inhiber la phosphatase de cette dernière. La MLC phosphorylée peut alors s'assembler en filaments de myosine et s'associer aux filaments d'actine pour créer des fibres de tension contractiles (Amano et al, 1999). D'autres cibles de ROCK ont été identifiées comme jouant un rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine. La surexpression de la kinase LIM, phosphorylée par ROCK, est capable en particulier d'induire la formation de fibres de tension en phosphorylant la cofiline, inhibant ainsi sa fonction de dépolymérisation. Les filaments d'actine sont alors stabilisés (Maekawa et al, 1999). Le complexe Arp2/3 semble être impliqué dans les phénomènes de nucléation et de réticulation de l'actine par l'intermédiaire des protéines de la famille WASP. Ces protéines possèdent un domaine basique PH interagissant avec le PI(4,5)P2, un domaine riche en proline, susceptible d'interagir avec la profiline et un domaine C-terminal capable d'établir diverses interactions avec des facteurs impliqués dans la polymérisation de l'actine tels que les monomères d'actine eux-mêmes ou le complexe Apr2/3. WASP possède par ailleurs un domaine d'interaction avec la protéine Cdc42 activée. (Symons et al, 1996). L'activation de Cdc42 et son interaction avec WASP conduit à une modification conformationnelle de cette dernière qui passe alors d'un repliement induisant son auto-inhibition à une forme active où le domaine de liaison au complexe Apr2/3 devient accessible (Higgs and Pollard, 2000). La sérine-thréonine kinase PAK activée est un effecteur commun aux protéines Rac et Cdc42, qui induit la formation de filopodes et de replis membranaires dans les fibroblastes. Cependant, les effets de PAK sont complexes et parfois spécifiques du type cellulaire (Bokoch, 2003). Comme ROCK, PAK est capable de stimuler la LIM kinase, agent phosphorylant et inhibiteur de la cofiline, stabilisant ainsi les filaments d'actine. Par ailleurs, PAK semble pouvoir contribuer dans certaines conditions à l'inhibition de la formation des fibres de tension et des plaques d'adhésion induites par Rho. En inhibant par phosphorylation l'activité de la MLC-kinase ainsi que la chaîne lourde de la myosine (MHC), l'activation de PAK par la GTPase, conduit respectivement à une diminution de taux de MLC active et à une diminution de la formation des complexes d'actomyosine (Blanchoin et al, 2000 ; Zebda et al, 2000). Les Rho GTPases interviennent également sur les microtubules. Ces derniers, formés de l'assemblage hélicoïdal de protofilaments de tubuline alpha, constituent un type de réseau de filaments très dynamiques et le maintien de leur intégrité est nécessaire à la polarisation et la migration des cellules. Les microtubules ont une extrémité "moins", fréquemment associée aux centrosomes et une extrémité "plus" dynamique, en général en périphérie des cellules. Les protéines se liant à l'extrémité "plus" influencent la dynamique des microtubules. Par exemple, la famille Op18/stathmin interagit avec l'extrémité "plus" pour provoquer la dissociation du microtubule et avec le dimère de tubuline pour inhiber sa polymérisation. Op18/stathmin peut être phosphorylée au niveau de 4 résidus particuliers, chacun entraînant son inactivation et permettant ainsi l'élongation de l'extrémité du microtubule (Jaffe and Hall, 2005). La phosphorylation de la sérine 16 est médiée par les protéines PAK dont l'activation dépend de Cdc42/Rac. Les microtubules jouent un rôle très important pour la forme et la polarité de la cellule par le biais d'interaction spécifique de protéines avec leur extrémité "plus" au niveau du cortex cellulaire. L'activité des protéines se fixant à l'extrémité "plus" est influencée par les Rho GTPases.
En plus de leurs effets sur le cytosquelette, les Rho GTPases interviennent dans différentes voies de transduction du signal qui aboutissent à une altération dans l'expression des gènes. L'élément de réponse sérique (serum response element : SRE) est retrouvé dans un grand nombre de promoteurs, incluant ceux codant pour les différents composants du cytosquelette, en particulier l'actine. Deux facteurs de transcription agissent au niveau du SRE : le facteur de complexe ternaire (TCF) régulé par la voie des Ras/MAP kinase et le facteur de réponse sérique (SRF) régulé par Rho. SRF agit avec un coactivateur MAL qui est transloqué du cytoplasme vers le noyau en réponse à l'activation de Rho (Jaffe and Hall, 2005). Une autre voie concerne quatre MAP kinase kinase kinases qui sont des cibles directes des Rho GTPases : MLK2, MLK3 et MEKK4 qui interagissent avec Rac/Cdc42 et MEKK1 qui interagit avec Rho et Rac/Cdc42 mais en des sites différents. En réponse à divers signaux extra-cellulaires, les Rho GTPases sont capables d'activer des facteurs de transcription spécifiques. Rac et Cdc42, vraisemblablement via la protéine PAK, sont capables d'activer différentes MAPKs (mitogen-activated protein kinases) telles que JNK (Jun N-terminal kinase) ou p38. Dans des situations de stress, ces MAPKs, une fois activées, sont transloquées au noyau où elles stimulent par phosphorylation différents facteurs de transcription qui pourraient mettre en route une réponse apoptotique (Teramoto et al, 1996).
Dans les cellules eucaryotes, les Rho GTPases interviennent également dans le cycle cellulaire en influençant l'activité des kinases dépendantes des cyclines pendant la phase G1 et l'organisation des microtubules et du cytosquelette d'actine pendant la mitose. Le faisceau de microtubules interagit avec les chromosomes au niveau du kinétochore qui est un complexe comprenant au moins 50 protéines dont mDia3, un effecteur spécifique de Cdc42. L'inhibition de Cdc42 ou la déplétion en mDia3 entraînent un arrêt de la mitose car les chromosomes ne sont pas attachés correctement aux microtubules. La division cellulaire qui se déroule à la fin de la mitose associe la formation d'un sillon de séparation cellulaire à la formation d'un anneau contractile d'actine et de myosine II. Les protéines Rho jouent un rôle très important pour les fonctions de l'anneau contractile et se localisent le long du sillon avec au moins trois autres effecteurs: ROCK, Citron kinase et mDia (Jaffe and Hall, 2005).
Les Rho GTPases jouent également un rôle dans la morphogenèse cellulaire. La morphogenèse des cellules épithéliales nécessite des interactions cellule-cellule qui sont responsables de la formation de domaines apicaux et basolatéraux, eux-même séparés par des jonctions sérrées et des jonctions adhérentes. Les protéines Rho, Rac et Cdc42 ont été impliquées dans l'assemblage de ces jonctions adhérentes. Par exemple le recrutement de Rac activé au niveau des sites d'adhésion est responsable de la stabilisation de la jonction par l'intermédiaire de l'assemblage des filaments d'actine (Jaffe and Hall, 2005). La migration des cellules nécessite l'action combinée de la polymérisation de l'actine et de l'élongation des filaments au niveau du front de migration et de la contraction des filaments d'actine–myosine à l'arrière. Rac agit, par le biais de WAVE et Arp2/3, au niveau du front de migration en favorisant la polymérisation de l'actine et ceci entraîne une protrusion de la membrane. Rho permet l'avancée du corps cellulaire en générant à l'arrière de la cellule des forces contractiles par l'intermédiaire de la phosphorylation par la protéine ROCK des chaînes légères de myosine. D'autres protéines interviennent également dans ces phénomènes de migration (Jaffe and Hall, 2005). Les membres de la famille Rho sont impliqués de façon majeure, via leur contrôle sur le cytosquelette d'actine, dans la régulation de la morphologie neuronale, la croissance et le guidage des axones, l'élaboration de l'arbre dendritique ainsi que dans la plasticité synaptique. Le facteur d'échange Trio contrôle le guidage et la croissance des axones en activant Rac et limite le développement des dendrites en activant Rho (Dickson, 2001). Par ailleurs, la RhoGAP p190, spécifique de RhoA, joue un rôle dans le contrôle de la croissance axonale (Brouns et al, 2001).
Il existe plusieurs types de processus impliquant des vésicules dont les principales sont l'endocytose permettant d'internaliser des récepteurs ou des substrats à l'aide ou non de manteaux de clathrine, l'exocytose responsable de diverses sécrétions et du recyclage des récepteurs et la phagocytose permettant l'internalisation des pathogènes. Les Rho GTPases grâce à leur action sur l'actine et les microtubules joueraient un rôle prépondérant sur la dynamique des vésicules, soit en agissant directement via certains de leurs effecteurs sur l'assemblage et le désassemblage de ces vésicules (Etienne-Manneville and Hall, 2003). Les protéines Rho affectent l'endocytose dépendante de la clathrine en contrôlant la dynamique de l'actine qui intervient dans la plupart des étapes comme l'invagination de la membrane plasmique, la dissolution de la barrière d'actine corticale ou les mouvements permettant l'éloignement des vésicules. Deux partenaires de la protéine Cdc42 sont également impliqués dans le contrôle de l'endocytose dépendante de la clathrine. Il s'agit de l'effecteur Ack (activated Cdc42 associated kinase) et de l'intersectine I. Une faible expression d'Ack stimule l'internalisation du récepteur de la transferrine alors qu'un forte expression de cet effecteur induit l'effet inverse. Il semble que ce dernier effet éviterait de recruter la clathrine sur les vésicules possédant déjà un manteau. L'intersectine I qui présente une activité de facteur d'échange sur Cdc42 serait stimulée par la protéine N-WASP conduisant à une boucle de contrôle positif où la polymérisation de l'actine est stimulée au niveau des vésicules (Lin et al, 2002). Le processus de phagocytose permet essentiellement de se défendre contre les pathogènes et de détruire les cellules apoptotiques. La phagocytose induite par le récepteur au Fc gamma est contrôlée par les GTPases Rac et Cdc42. Cdc42 intervient durant l'extension des pseudopodes alors que Rac intervient dans la fusion de ces pseudopodes et la fermeture du phagosome (Massol et al, 1998). L'action des deux GTPases sur la phagocytose, étroitement liée au réarrangement du cytosquelette d'actine, pourrait être dépendante de leur interaction avec l'effecteur PAK (Forsberg et al, 2003). Plus encore, le complexe de la NADPH-oxydase responsable de la génération d'ions superoxyde nécessaires à l'activité bactéricide des cellules phagocytaires, constitue un système effecteur direct de la protéine Rac2, essentiellement exprimée dans les cellules hématopoïétiques (Dorseuil et al, 1996). La phagocytose déclenchée par les récepteurs du complément semble quant à elle être plutôt contrôlée par la protéine Rho et implique l'effecteur ROCK. L'inhibition de la Rho kinase empêche l'accumulation du complexe Arp2/3 et de l'actine polymérisée aux sites de formation du phagosome (Caron and Hall, 1998). Les Rho GTPases interviennent aussi dans les phénomènes d'exocytose. Par exemple, dans les mastocytes, les formes activées de Rac et Cdc42 stimulent la formation d'Ins(3,4,5)P3, induisant ainsi le relargage du calcium intracellulaire qui régule les étapes de l'exocytose des vésicules de sécrétion induite par les IgE. Ce mécanisme fait probablement intervenir l'interaction des GTPases avec la phospholipase C gamma (Hong-Geller and Cerione, 2000).
L'implication des GTPases Rho dans la prolifération cellulaire leur confère également un pouvoir transformant dans certaines lignées cellulaires : les cellules exprimant des formes activées de Rho, Rac et Cdc42 montrent une croissance accrue en milieu pauvre en sérum et la transfection de ces formes dans des souris "nude" provoque la formation de tumeurs. Ces protéines sont également essentielles à la transformation induite par Ras (Lin et al, 1997b ; Prendergast et al, 1995 ; Qiu et al, 1995). De plus, l'étude des facteurs d’échange des protéines de type Rho montre que grand nombre d’entre eux possèdent un pouvoir oncogénique (comme Vav, Dbl, Lbc, Ost, Ect-2, Dbs, Lfc et Tim) voire métastasiant (comme Tiam-1). Une surexpression des protéines RhoA, Rac1, Rac3 ou Cdc42 a été notée dans certains cancers du sein et du côlon (Sahai and Marshall, 2002). Dans plusieurs modèles de tumeurs in vivo il a été montré que RhoC est directement impliquée dans l'invasion tumorale et la formation des métastases. Des travaux montrent également que l'inhibition de l'isoprénylation de la protéine RhoB, isoforme de Rho endosomale, est capable de supprimer la prolifération de cellules cancéreuses (Prendergast, 2000). On sait aussi que la phosphoinositide phosphatase PTEN, dont le gène présente des mutations dans 10 à 50 % des cancers humains, est un suppresseur de tumeur qui régule négativement la mobilité cellulaire en inhibant les effets de Rac et Cdc42 (Sulis and Parsons, 2003).
Différentes protéines interagissant directement avec les Rho-GTPases ont été impliquées dans des retards mentaux liés à l'X. L'oligophrénine-1 codée par le gène OPHN1 agit comme une Rho-GAP et stimule l'activité GTPase de RhoA, Rac1 et Cdc42 in vitro. Elle a une activité GAP équivalente vis-à-vis de ces trois Rho GTPases. Son niveau d'expression est important dans le cerveau fœtal suggérant un rôle de régulation des Rho GTPases durant la neuritogenèse (Peck et al, 2002). PAK3 est une sérine/thréonine kinase qui intervient dans les effets de Rac et Cdc42 sur le cytosquelette d'actine et l'expression des gènes. PIX est une protéine GEF pour Rac1 et Cdc4 et en même temps elle interagit avec PAK. Dans certains retards mentaux syndromiques, on retrouve également une implication des Rho-GTPases. Le syndrome d'Aarskog-Scott est du à des mutations de FGD1, qui code pour une protéine GEF agissant sur Cdc42. Dans le syndrome de Williams, le déficit cognitif serait du à la perte de LIMK1 qui est activée par le biais de Rho-GTPases. La protéine FMRP, qui est absente dans le syndrome de l'X fragile, se lie spécifiquement à deux protéines très homologues CYFIP1 et CYFIP2. CYFIP1 interagit avec la protéine Rac activée et avec l'actine et est probablement un effecteur de Rac. Dans les retards mentaux, les protéines Rho pourraient être impliquées dans la perte neuronale ou dans les anomalies de migration (Ramakers, 2002). Pendant le développement, les protéines Rho intégrent un grand nombre de signaux extracellulaires pour diriger la croissance des axones et dendrites ainsi que la formation et/ou la dynamique des épines dendritiques. RhoA, Rac1 et Cdc42 interviennent notamment sur la forme et la taille des cônes de croissance, la génération de neurites et l'élongation axonale et dendritique. L'activation de Rho diminue la mobilité du cône de croissance, l'élongation des neurites et la connexion des dendrites en augmentant la contraction dépendante de l'actomyosine. A l'inverse, Rac1 stimule la formation de lamellipodes, l'initiation, l'élongation, la complexité de connexion et la dynamique des dendrites. Cdc42 a des effets similaires à Rac1 sur la morphogenèse neuronale mais plus limités (Ramakers, 2002). Compte tenu de l'importance des protéines Rho dans le développement neuronal, toute mutation survenant dans une de ces protéines pourrait perturber tout le système et bloquer l'actine dans un certain état : polymérisée ou non, contractée ou non. De ce fait, les neurones seraient moins sensibles aux indices environnementaux et entraîneraient une moins bonne connectivité et/ou plasticité neuronales.
Les protéines GAP ont un domaine d'environ 170 acides aminés, dénommé Rho-GAP qui est nécessaire et suffisant pour l'activité GAP. Dans le site actif de la plupart des Rho GAP, il existe un résidu arginine conservé qui stabilise sa conformation pour permettre l'hydrolyse. On notera qu'OCRL1 et INPP5B ne contiennent pas ce résidu conservé mais un résidu glutamine (Peck et al, 2002). Mis à part ces deux protéines, il existe plus d'une cinquantaine de protéines GAP. Les protéines GAP, du fait de leur action sur les Rho-GTPases, peuvent intervenir dans tous les processus décrits précédement.
Les protéines Rab sont localisées sur le versant cytosolique des organelles impliqués dans les voies d'endocytose et de sécrétion. Ces protéines coordonnent la formation des vésicules, la mobilité des organelles et des vésicules et l'amarrage au compartiment cible. Les protéines Rab interagissent également avec le cytosquelette d'actine et les microtubules (Goud, 2002). Rab5 est principalement située au niveau de la membrane plasmique, des vésicules recouvertes de clathrine et des endosomes. Elle est impliquée dans les premières étapes de l'endocytose et la fusion des endosomes (Goud, communication orale, 2005). Elle intervient également dans la voie de signalisation passant par les facteurs de croissance (Hyvola et al, 2006). Rab6 est localisée préférentiellement sur le versant trans de l'appareil de Golgi où elle régule le trafic entre les endosomes précoces et le TGN ainsi que le transport rétrograde de l'appareil de Golgi vers le réticulum endoplasmique (Hyvola et al, 2006). D'autres protéines Rab sont associées à l'appareil de Golgi comme Rab1 au niveau du versant cis, Rab2 dans la partie médiane et Rab8 dans la partie trans. OCRL1 se lie avec différentes protéines Rab et plus particulièrement avec Rab1, Rab5 et Rab6 (Hyvola et al, 2006). In vitro, il existe une interaction entre OCRL1 et la forme liée au GTP de Rab1, Rab5, Rab6, Rab8 et Rab14 (Goud, communication orale, 2005 ; Hyvola et al, 2006). OCRL1 se lie préférentiellement à Rab6, puis Rab1 et Rab5 et enfin à Rab14 et Rab8. OCRL1 n'interagit pas avec les protéines Rab4, Rab7 et Rab11, également impliquées dans l'endocytose. La liaison aux protéines Rab semble essentielle pour l'adressage correct d'OCRL1 au niveau des endosomes et de l'appareil de Golgi. L'inactivation concomittante par RNA interférence de Rab1 et Rab6 entraîne une diminution de l'adressage d'OCRL1 au niveau de l'appareil de Golgi. La région d'interaction entre les protéines Rab et OCRL1 est située entre le domaine 5-phosphatase et le domaine Rho GAP (acides aminés 584 à 715). Cette interaction aurait, in vitro, un effet sur l'activité 5-phosphatase d'OCRL1 (Goud, communication orale, 2005 ; Hyvola et al, 2006). 4. Le syndrome oculo-cérébro-rénal de LoweLe syndrome oculo-cérébro-rénal a été décrit pour la première fois en 1952 par Lowe, Terrey et MacLachlan chez 3 garçons non apparentés présentant une cataracte, un retard mental, un rachitisme vitamino-résistant et une aminoacidurie (Lowe et al, 1952) (Figure 14). Ce syndrome restera dénommé syndrome de Lowe. Le syndrome de Lowe est caractérisé par une atteinte essentiellement oculaire, cérébrale et rénale. Cette pathologie est rare dans toutes les populations. Sa prévalence est estimée de l'ordre de 1 à 10 par million.  Figure 14 : Photographie de deux enfants atteints de syndrome de Lowe (Association Syndrome de Lowe, USA, http://www.lowesyndrome.org/) L'évolution du syndrome de Lowe se fait habituellement en trois périodes : une période de latence pendant les 6 premiers mois de la vie, la cataracte et l'hypotonie pouvant être les seuls signes présents à la naissance ; une période d'évolutivité des signes généraux, neurologiques et rénaux qui dure environ 5 à 6 ans ; enfin, une phase de stabilisation. Si les malades survivent aux désordres métaboliques de la seconde période, leur espérance de vie est plus longue qu'initialement estimée : certains ont ainsi atteint l'âge adulte (Royer, 1983). D'autres auteurs définissent différemment les trois périodes (Redfield et al, 1991). La phase néonatale est caractérisée par les manifestations ophtalmologiques. Une hyperaminoacidurie asymptomatique apparaît généralement pendant cette période. Tous les patients auront développé une hyperaminoacidurie généralisée et une protéinurie à l'âge d'un an. La composition en acides aminés ou en protéines plasmatiques n'est généralement pas significativement altérée. La deuxième période, qui débute au cours de la petite enfance, est caractérisée par les anomalies métaboliques sévères liées au syndrome de Fanconi rénal qui peut durer 10-20 ans. Un rachitisme, parfois sévère, se développe fréquemment et la déminéralisation peut être si intense que des fractures nombreuses et douloureuses peuvent entraver le développement moteur et provoquer une régression des acquisitions motrices. L'hypophosphatémie sévère, entraînant une faiblesse et une léthargie, contribuerait aussi au retard du développement. Pendant la troisième phase, l'acidose, le rachitisme et l'acidurie organique s'atténuent. Les symptômes observés sont alors plutôt les séquelles des deux périodes précédentes incluant la cécité et le handicap moteur, conséquence de la pathologie osseuse (Loughead et al, 1992). Les patients peuvent vivre jusqu'à l'âge adulte, mais risquent de développer une insuffisance rénale chronique. Les patients atteints de syndrome de Lowe décèdent soit d'insuffisance rénale chronique, soit de déshydratation ou d'une infection intercurrente (Abbassi et al, 1968). Compte tenu d'une meilleure prise en charge médicale, l'espérance de vie des enfants nés ces vingt dernières années n'est pas encore bien définie. Au sein du panel de familles que nous avons étudié, le patient le plus âgé a atteint une cinquantaine d'années. |
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