Etude des mécanismes de régulation de la kinase neuronale PAK3

Regulation mechanisms of the neuronal p-21 activated kinase 3 (PAK3)

• Auteur / Autrice : Gaëlle Combeau
• Direction : Jean-Vianney Barnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signalisation et Neurosciences
• Date : Soutenance le 19/12/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Neurosciences Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2010-2014) - Laboratoire de neurobiologie cellulaire et moléculaire (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Centre de Neurosciences Paris-Sud - Laboratoire de neurobiologie cellulaire et moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Hervé Daniel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Vianney Barnier, Hervé Daniel, Hélène Bénédetti, Pierre Vincent, Nathalie Sans, Christine Métin, Emmanuel Brouillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Bénédetti, Pierre Vincent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dimérisation

p21-Activated Kinases

Déficience intellectuelle

Mots clés libres

P21-activated kinase (PAK)

Régulation

Retard mental

P21-activated kinase (PAK)

Regulation

Mental retardation

Résumé

5 mutations responsables de retard mental ont été identifiées dans le gène p21-activated kinase 3 (pak3). Nous avons récemment identifiés dans pak3 deux exons alternatifs très conservés appelés b et c. Ainsi, en plus du variants PAK3a (dépourvu des inserts b ou c), le gène pak3 code pour 3 nouveaux variants d’épissage PAK3b, PAK3c et PAK3cb qui sont constitutivement actifs et insensibles aux GTPases. De plus, contrairement à PAK1 et PAK3a, leur domaine d’auto-inhibition est incapable d’inhiber un domaine kinase. Ainsi, le but de ce projet était de comprendre le mécanisme de régulation de la kinase PAK3. Un modèle de régulation a récemment été proposé dans lequel PAK1 forme des homodimères pouvant être dissociés par les GTPases, permettant ainsi l’activation de la kinase. En se basant sur ces observations j’ai cherché à identifier les dimères PAK3 et j’ai montré que les kinases PAK3a, b, c et cb forment préférentiellement des hétérodimères avec PAK1. J’ai démontré l’existence de ces dimères dans le cerveau et j’ai mis en évidence que ces hétérodimères permettent à chaque monomère de réguler l’activité kinase de son partenaire in vitro. Ce travail permet de proposer un modèle de régulation symétrique pour PAK3a qui forme des hétérodimères avec PAK1 et un nouveau modèle de régulation asymétrique pour les variants d’épissage, également basé sur leur hétérodimérisation avec PAK1. Mes résultats montrant une corégulation des kinases PAK neuronales suggèrent d'une part que leur activation puisse être synchronisée et d'autre part que dans certaines situations physiopathologiques (Cancer et maladies neurologiques) leur dérèglement puissent interférer.

5 mutations responsible for mental retardation have been identified in p21-activated kinase 3 (pak3) gene. We recently identified in pak3, two highly conserved alternative exons called b and c. In addition to the classical PAK3a variant (without any alternative exon), the pak3 gene encodes 3 new splice variants PAK3b, PAK3c and PAK3cb which are constitutively active and insensitive to GTPase activation. Moreover, unlike PAK1 or PAK3a, their autoinhibitory domain is unable to inhibit a kinase domain. The aim of this project was to understand how PAK3 regulation occurs. A model of regulation was recently proposed in which PAK1 forms homodimers that can be dissociated through GTPase binding, leading to kinase activation. Given these observations, I searched to identify PAK3 dimers and I showed that PAK3a, b, c and cb preferentially form heterodimers with PAK1. I demonstrated the existence of such dimers in the brain and that the different heterodimers allow each monomer to regulate the kinase activity of its partner. Through this study, I propose a symmetric regulation model for PAK3a which heterodimerizes with PAK1 and a new asymmetric regulation model for splice variants, also based on heterodimerization with PAK1. My results showing a co-regulation of neuronal PAK kinases suggest that their activation may be synchronized but also that, in some physiopathological situations (cancers and neurologic diseases), their misregulation may interfere.