La protéine Akt

La protéine Akt 

Les premIers travaux sur la protéine Akt ont été effectués par Staal et ses collaborateurs en 1977. Ces chercheurs tentaient de comprendre pourquoi une lignée de souris, qu’ils avaient nommée Ak, développait spontanément des lymphomes thymiques. Ils ont réussi à isoler le rétrovirus Akt-8 provenant des cellules T localisées dans le thymus. En poursuivant leur recherche, ils démontrèrent que le rétrovirus Akt-8 codait pour un oncogène qu’ils décidèrent d’appeler Akt (Ak pour la lignée de souris; t pour transforming) (Manning and Toker 2017). Aujourd’hui, il est reconnu que la protéine Akt est une kinase de 56 kDa appartenant à la famille des sérines/thréonines kinases AGC (cAMP-dependent protein kinase A/protein kinase G/ protein C). La famille des sérines/thréonines kinases AGC est hautement conservée parmi les eucaryotes, autant chez les vertébrés que les invertébrés, les mycètes, les plantes et les protistes. Chez les humains, il y a plus de 500 kinases et 12 % d’entre elles proviennent de la famille AGC. Il ya 63 gènes qui codent pour 61 kinases AGC et deux pseudokinases, l’ensemble de ces kinases étant divisé en 14 familles et 21 sous-familles. Les kinases AGC exercent une multitude de fonctions variées et essentielles chez l’humain (Arencibia, Pastor-Flores et al. 2013, Leroux, Schulze et al. 2018). En ce qui concerne la kinase Akt, elle est impliquée dans une multitude de fonctions physiologiques, telles que la croissance cellulaire, la régulation du métabolisme et l’angiogenèse (Manning and Toker 2017). De plus, Akt est associée à une variété de pathologie, dont le cancer, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson (Mun di , Sachdev et al. 2016, Nitulescu, Van De Venter et al. 2018).

Distinction entre les isoformes d’Akt 

Aujourd’hui, la protéine Akt est aussi connue sous le nom de protéine kinase B (PKB). Chez les mammifères, elle se retrouve sous trois isoformes : Aktl, Akt2 et Akt3 ou PKBa, PKBB et PKBy. Ces isoformes sont codées par des gènes localisés sur différents chromosomes: 14q32/ 19q13/ lq43. L’expression de ces isoformes est variable en fonction des tissus: l’isoforme Aktl est exprimée de façon ubiquitaire, l’isoforme Akt2 préférentiellement exprimée dans les tissus insulinodépendants et l’isoforme Akt3 est essentiellement exprimée dans les testicules ainsi qu’au système nerveux central (Fabi and Asselin 2014). Ces isoformes partagent une forte similarité structurelle avec plus de 80 % d’homologie au niveau des séquences d’acides aminés. Les isoformes d’Akt sont constituées de trois principaux domaines fonctionnels (Elghazi, Balcazar et al. 2006):

1) En position N-terminale, il yale domaine d’homologie pleckstrine (PH) qui est constitué d’environ 100 acides aminés et qui permet les interactions protéineprotéine, protéine-lipide ainsi que la liaison aux phospholipides.

2) En position centrale, il yale domaine catalytique, qui est très semblable à celui d’autres protéines appartenant à la famille des AGC, comme les protéines kinases A et C. C’est aussi à cet endroit que la protéine Akt va être partiellement activée via la phosphorylation des résidus thréonines 308, 309 et 305 pour Aktl, Akt2 et Akt3 respectivement.

3) À l’extrémité C-terminale, il yale domaine régulateur qui contient un motif hydrophobe commun aux protéines de la famille des kinases AGC. Cette région, nécessaire à l’activation complète de la protéine Akt, présente des résidus sérines variables en fonction des isoformes: S473 (Aktl), S474 (Akt2) et S472 (Akt3).

Plusieurs groupes de recherche ont créé des souris knockout (KO) pour chacun des isoformes afin de mieux comprendre leurs fonctions respectives. La délétion d’Aktl induit un taux de mortalité néonatale plus grand et les souris survivantes ont une masse corporelle réduite de 15 à 20 % (Chen, Xu et al. 2001 , Cho, Thorvaldsen et al. 2001). Les souris Akt2 KO développent un phénotype semblable au diabète humain, mais aucune malformation et mortalité à la naissance ne sont relevées (Cho, Mu et al. 2001 , Garofalo, Orena et al. 2003). Enfin, les souris Akt3 KO ont un cerveau plus petit, résultant d’un moins grand nombre et d’une réduction de la taille des neurones (Easton, Cho et al. 2005, Tschopp, Yang et al. 2005). D’ autres études subséquentes ont étudié l’effet de la combinaison de la délétion de plusieurs isoformes. La délétion combinée d’Akt1 et d’ Akt2 induit des anomalies développementales au niveau de la peau, des os, des muscles et ces souris meurent peu de temps après la naissance (Peng, Xu et al. 2003). Dans le même ordre d’ idée, les souris AktllAkt3 KO ne survivent pas pendant l’embryogenèse, car la délétion combinée provoque de graves anomalies développementales, principalement au niveau du système cardiovasculaire et du système nerveux central (Yang, Tschopp et al. 2005). Contrairement aux souris Akt1 /Akt3 KO, les souris Akt2/Akt3 KO survivent pendant l’embryogenèse. Toutefois, ces souris présenteront, à la naissance, un poids réduit, des organes moins volumineux et une intolérance au glucose ainsi qu’ à l’insuline (Dummler, Tschopp et al. 2006). Dans cette même étude, il est aussi démontré qu’un seul allèle fonctionnel pour Aktl (Akt1 +/-, Akt2 -/- et Akt3 -/-) permet à la souris de survivre, mais celle-ci présentera plusieurs anomalies physiologiques. L’ensemble des résultats provenant des études présentées ci-dessus indique que chaque isoforme possède des fonctions à la fois conjointes et distinctives.

Régulation de la protéine Akt 

L’ activation de la voie de signalisation d’Akt se réalise principalement par deux groupes de récepteurs : les récepteurs tyrosines kinases (R TK) et les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Plusieurs ligands peuvent moduler l’ activation de la voie de signalisation d’ Akt par ces récepteurs, tels que les facteurs de croissance, l’insuline, les hormones et les neurotransmetteurs (Li and Jope 2010, Duman and Voleti 2012, Manning and Toker 2017). L’ association d’un ligand à un RTK ou à un RCPG module l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K). Une fois activée, la PI3K phosphoryle les lipides membranaires phosphatidylinositol-4,5-biphosphate (PIP2) en phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3). De façon générale, la protéine Akt est maintenue dans un état inactif par une liaison intramoléculaire entre son domaine PH et son domaine kinase au niveau du cytosol. La formation du PIP3 permet le recrutement de protéines ayant un domaine PH, comme la protéine Akt, à la membrane cytoplasmique. Une fois Akt ancrée à la membrane cytoplasmique, le PIP3 entraîne un changement de conformation chez Akt, ce qui permet l’exposition des sites de phosphorylation thréonine 308 et sérine 473 . La phosphorylation du résidu thréonine 308 est réalisée par la sérine/thréonine phosphoinositide-dependent kinase-l (PDKl) et mène à l’activation partielle d’Akt (Alessi, James et al. 1997). Pour une activation complète, Akt doit aussi être phosphorylée à la sérine 473. Les protéines mammalian target of rapamycin complex 2 (mTORC2) et DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) sont reconnues pour phosphoryler Akt à la sérine 473 (Feng, Park et al. 2004, Sarbassov, Guertin et al. 2005). À la suite de son activation, Akt se dissocie de la membrane cytoplasmique et se déplace vers le cytoplasme ou le noyau. À ces endroits, Akt pourra phosphoryler à son tour une multitude de substrats afin de réguler de nombreux processus cellulaires (Manning and Toker 2017). La protéine Akt peut aussi être négativement régulée par diverses protéines phosphatases. Parmi les principales candidates, il y a la phosphatase and tensin homolog (PTEN), la PH domain and leucine rich repeat protein phosphatase (PHLPP) et la protéine phosphatase 2A (PP2A). La protéine enzymatique PTEN a pour fonction de déphosphoryler le PIP3 en PIP2. La transformation du PIP3 en PIP2 fait en sorte qu’Akt n’est plus recrutée à la membrane et reste sous sa forme inactive dans le cytosol (Song, Salmena et al. 2012). Les protéines PHLPP et PP2A agissent directement sur Akt en déphosphorylant le site sérine 473 ainsi que le site thréonine 308 respectivement.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 LES PROTÉINES AKT, GSK3 ET MTOR
1.1 La protéine Akt
1.1.1 Distinction entre les isoforrnes d’ Akt
1.1.2 Régulation de la protéine Akt
1.1.3 Le rôle d’Akt3 au niveau du système nerveux centra!
1.2 La protéine GSK3 α/β
1.2.1 Distinction entre les isoforrnes de GSK3
1.2.2 Régulation de la protéine GSK3
1.3 La protéine mTOR
1.3.1 Distinctions entre les complexes de mTOR.
1.3.2 Régulation de mTORCI
CHAPITRE II LA MÉMOIRE, LES ÉMOTIONS ET LA MOTRICITÉ
2.1 La mémoire : historique
2.1.1 Hippocampe: structure anatomique et circuit trisynaptique
2.1.2 La plasticité synaptique
2.1.3 Mécanismes moléculaires de la L TP à l’hippocampe
2.1.4 Les protéines Akt-GSK3-mTOR : mémoire et plasticité synaptique
2.2 Les émotions
2.2.1 Les neurotransmetteurs monoaminergiques
2.2.2 La schizophrénie
2.2.3 Les protéines Akt-GSK3 dans la schizophrénie
2.2.4 Les troubles de l’humeur
2.2.5 Les protéines Akt-GSK3 dans les troubles de l ‘humeur
2.3 La motricité: neurobiologie du mouvement volontaire et apprentissage
moteur
2.3.1 Les ganglions de la base: composition anatomique et connectivité
structurale
2.3.2 Signalisation glutamatergique et dopaminergique au striatum
2.3.3 Les protéines Akt-GSK3-mTOR dans les fonctions motrices
CHAPITRE III HYPOTHÈSES DE TRA V AIL ET MÉTHODOLOGIES COMPORTEMENT ALES
3.1 Quel est l’impact de la délétion d’Akt3 chez la souris sur les comportements
associés aux émotions, à la mémoire et à la motricité?
3.2 Est-ce que la signalisation de la protéine mTOR est impliquée dans la
régulation des habiletés motrices ainsi que dans la mémorisation d’une
nouvelle tâche motrice complexe?
3.3 Outils comportementaux dans un contexte d’étude lié à la mémoire,
aux émotions et à la motricité chez la souris
CHAPITRE IV GENETIC DELETION OF AKT3 INDUCES AN ENDOPHENOTYPE REMINISCENT OF PSYCHIA TRIC MANIFESTATIONS IN MICE
4.1 Contribution des auteurs
4.2 Résumé de l’article en français
4.3 Premier article scientifique: Genetic deletion of Akt3 induces an
endophenotype reminiscent of psychiatrie manifestations in mice
Abstract
Introduction
Material and methods
AnimaIs
Behavioral Tests
Chronic lithium treatment
Biochemical analysis
Electrophysiology
Statistical analysis
Results
Levels of Akt isoforms in the Akt3 KO mouse brain
Normal motor abilities and cognitive functions in Akt3 KO mice
Akt3 KO mice exhibit an endophenotype reminiscent of psychiatric
conditions
Chronic lithium treatment rescued depressive and anxiety-like
behaviors observed in Akt3 KO mice
Discussion
Conflict of interest statement
Author contributions
Acknowlegements
Figure legends
CHAPITRE V CONCLUSION

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