L'implication et le rôle de la protéine kinase AKT1 dans le mécanisme de Nonsense-mediated mRNA decay (NMD)

The involvement and role of the protein kinase AKT1 in the Nonsense-mediated mRNA decay (NMD)

• Auteur / Autrice : Martine Palma
• Direction : Fabrice Lejeune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 20/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hétérogénéité, plasticité et résistance aux thérapies des cancers (CANTHER) - Cancer Heterogeneity, Plasticity and Resistance to Therapies - UMR 9020 - U 1277
• Jury : Président / Présidente : Éric Adriaenssens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Baguet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Laure Todeschini, Laurent Delpy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dégradation des ARNm non-sens

Protéine oncogène v-akt

Cancer

Sérine / thréonine kinases

Détérioration

ARN messagers

Protéines kinases

Protéines kinases B

Mots clés libres

NMD

UPF1

AKT1

SMG1

Facteurs du NMD

Kinases

NMD

UPF1

AKT1

SMG1

NMD factors

Kinases

Résumé

La protéine AKT1, appelée aussi protéine kinase B ou PKB, est un composant central de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR qui représente une des voies majoritaires des cellules régulant un nombre varié de processus biologiques tels que la prolifération cellulaire, l’apoptose, la survie cellulaire ainsi que l’angiogenèse parmi d’autres. Sa nature de serine-thréonine kinase lui confère la capacité de phosphoryler une multitude de substrats, aussi impliqués dans d’autres voies de signalisation et créant ainsi un réseau de connexion très vaste avec comme finalité le bon fonctionnement cellulaire. Une faille dans le système de régulation d’un ou de plusieurs composants de la voie de signalisation PI3K/AKT/mTOR provoque l’apparition de cancers. C’est le cas de la protéine AKT1 qui est fréquemment dérégulée dans les cellules cancéreuses, pouvant être mutée, délétée ou surexprimée selon les cas.Les voies de signalisation ne sont pas les seuls événements assurant l’homéostasie cellulaire. De nombreux systèmes de surveillance sont présents, de la transcription de l’ADN jusqu’à la synthèse en protéine. Un des mécanismes de contrôle-qualité est le Nonsense-mediated mRNA decay (NMD), qui cible spécifiquement les ARNm porteurs d’un codon stop prématuré (PTC) afin d ’empêcher la synthèse de protéines tronquées qui pourraient avoir des effets néfastes pour la cellule, garder une partie ou la totalité de leur activité ou tout simplement être non fonctionnelles. Les PTC sont retrouvés dans les séquences géniques responsables d’un tiers des maladies génétiques ainsi que de nombreuses formes de cancer, mais le NMD est aussi capable de réguler l’expression physiologique de différents ARNm.Le NMD fait intervenir une vingtaine de facteurs protéiques dont les protéines up-frameshift, UPF1, UPF2 et UPF3X. Les facteurs UPF1 et UPF2 sont des phosphoprotéines qui jouent un rôle central dans l’activation du NMD, et en particulier la protéine UPF1 qui doit être phosphorylée et déphosphorylée afin d'induire la dégradation d'un ARNm par le NMD. La seule kinase identifiée aujourd’hui dans le NMD est la protéine SMG1, une PI3-kinase related kinase qui phosphoryle le facteur UPF1. La probabilité que d’autres protéines kinases soient impliquées dans le NMD est par conséquent élevée.Afin d’identifier de nouvelles protéines jouant un rôle dans le NMD, le criblage d’une banque d'inhibiteurs de kinases sur une construction luciférase sujette à une dégradation par le NMD nous a permis de découvrir trois inhibiteurs montrant une très forte capacité à inhiber le NMD. De manière intéressante, ces derniers ont tous les trois pour cible la protéine AKT1.Nous avons ainsi entrepris d’étudier l’implication et l’éventuelle activité de la protéine AKT1 dans le mécanisme de NMD. La réalisation d’expériences capables de déterminer la possible intervention d’AKT1 dans le NMD a permis la validation des résultats obtenus lors du crible. Les interactions protéiques entre AKT1 et les différents facteurs du NMD ont été examinées et les données obtenues montrent que la kinase AKT1 est capable d’interagir avec deux facteurs essentiels du NMD, les protéines UPF1 et UPF3X.L'implication de la protéine AKT1 dans le NMD suggère une régulation de ce dernier par une nouvelle kinase et une efficacité modulée dans les cancers ou dans des situations spécifiques en fonction du niveau d'expression de la protéine AKT1 mais aussi des facteurs du NMD. Cette nouvelle kinase identifiée dans le NMD pourrait ouvrir de nouvelles possibilités de stratégies thérapeutiques dans des pathologies telles que le cancer.

The protein kinase AKT1, also known as protein kinase B or PKB, is one of the main factors involved in the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway that plays a key role for the regulation of a variety of biological processes such as cell proliferation, apoptosis, cell survival and angiogenesis among others. This serine-threonine kinase has the ability to phosphorylate a high number of substrates, involved in some cases in multiple cellular signaling pathways with the creation of a complex network that ensure the correct activity of cells. The rupture of the PI3K/AKT/mTOR signaling regulation leads to the development of cancers. In fact, the AKT1 protein is often found overexpressed, overactivated or mutated in cancer cells.To ensure the cellular homeostasis, the signaling pathways don’t represent the only regulation system. From the DNA transcription to the protein synthesis, many quality control mechanisms are present that guard against defects in gene expression. The Nonsense-mediated mRNA decay or NMD represents one of them, which targets mRNA harboring a premature termination codon (PTC) in order to prevent the synthesis of a truncated protein. This protein could have cytotoxic effects, maintain some or all the protein activity or could simply be non-functional. PTC are responsible for a third of genetic diseases as well as many cancers, but the NMD is also able to regulate the physiological expression of many mRNAs.NMD involves more than a dozen factors, including the up-frameshift proteins UPF1, UPF2 and UPF3X. The UPF1 and UPF2 factors are two phosphoproteins which are necessary for the NMD activation, in a particular way the UPF1 protein that have to be phosphorylated and dephosphorylated to induce the mRNA degradation by NMD. The only kinase identified today in the NMD is the SMG1 protein, a PI3-kinase related kinase that ensure the phosphorylation of UPF1. However, it is strongly expected that additional kinases are involved in the NMD.In order to identify novel proteins that play a role in NMD, a screening system composed with a kinase inhibitor library allowed us to discover three putative NMD inhibitors targeting the same protein: the AKT1 protein.After the validation of screening results with the involvement of AKT1 in the NMD, the protein interactions between AKT1 and the NMD factors were examined and the data obtained show that AKT1 kinase is able to interact with two essential NMD factors, the UPF1 and UPF3X proteins. In fact, the kinase AKT1 is able to phosphorylate the UPF1 protein.The involvement of AKT1 in the NMD suggests a regulation of the NMD by a new kinase which can modulate the NMD efficiency depending on the AKT1 expression. A better comprehension of the role of AKT1 in NMD offer perspective on potential future directions for new therapeutic interventions on human cancer with AKT alteration.