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    Le récepteur de l'insuline et sa régulation (Groupe Tarik Issad)

     

    Le diabète et l'obésité sont des pathologies en constante progression, ce qui pose un problème de santé publique important au niveau mondial. Le nombre de personnes diabétiques dans le monde était estimé à 150 millions en l'an 2000 et ce chiffre devrait doubler au cours des 25 prochaines années (1).


    L'insuline joue un rôle fondamental dans la régulation du métabolisme énergétique. Elle contrôle en particulier l‘utilisation et le stockage des nutriments dans le foie, les muscles et le tissu adipeux. Chez les individus obèses ou présentant un diabète sucré non-insulinodépendant (NIDDM), on observe une diminution importante des effets de l'insuline (résistance à l'insuline) au niveau de ses tissus cibles (2). Les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de cette résistance à l'insuline restent l’objet d’une recherche intense.  L'action de l'insuline sur ses tissus cibles est médiée par un récepteur (IR) hétérotétramérique composé de deux sous-unités  alpha extracellulaires qui lient l'insuline et de deux sous-unités béta qui possèdent une activité tyrosine kinase (TK) intracellulaire.

     

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    La liaison de l'insuline à son récepteur entraîne l'autophosphorylation de la sous-unité béta du récepteur sur un certain nombre de tyrosines. Cette autophosphorylation stimule l'activité TK du récepteur envers des substrats cellulaires (IRSs, Shc, etc...), dont le rôle est de transmettre le signal "insuline" à l'intérieur de la cellule. Ceci conduit aux effets biologiques de l’hormone : régulation de la lipogénèse, de la lipolyse, transport de glucose, synthèse de glycogène, synthèse protéique, le contrôle de l’expression de gènes, etc… (3).
    L’efficacité de l’insuline sur ses tissus cibles va dépendre de l'activité TK de son récepteur. Cette activité TK est étroitement contrôlée par un certain nombre de protéines intracellulaires, comme des protéines tyrosine-phosphatases (PTPases) ou certains adaptateurs moléculaires (SOCSs, Grbs,...).
    Notre équipe s’intéresse tout particulièrement à l’étude de l’interaction entre le récepteur de l’insuline et ses différents partenaires de régulation.

     

    Interaction entre le récepteur de l’insuline et PTP1B

     

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    Plusieurs protéines tyrosine-phosphatases ont été impliquées dans le contrôle de l’activité du récepteur de l’insuline (5). Parmi celles-ci, la protéine tyrosine-phosphatase PTP1B semble jouer un rôle particulièrement important, clairement démontré par les expériences de KO chez la souris (6,7). PTP1B constitue donc une cible thérapeutique très importante pour le traitement du diabète de type II. Cependant, les mécanismes de régulation de l’interaction entre l’IR et PTP1B restent peu étudiés. Au cours de l’année 2002,  nous avons mis au point une méthode, basée sur la technique de BRET, qui permet d'étudier, de façon dynamique, dans des cellules vivantes, l’interaction entre le récepteur de l’insuline fusionné à une lucifiérase (IR-Rluc) et un mutant « piège à substrat » de PTP1B fusionné à une YFP (YFP-PTP1B-D181A) (8).

     

    PTP1B est une tyrosine-phosphatase ancrée au niveau du réticulum endoplasmique par l’intermédiaire de son extrêmité C-terminale, son activité enzymatique se trouvant dans le cytosol.  Nous avons ainsi pu montrer que l’insuline stimule l’interaction entre le récepteur et PTP1B, et que cette interaction nécessite l’internalisation du récepteur (8).

    Nous avons par ailleurs montré que des inhibiteurs de l’activité tyrosine-phosphatase inhibent cette interaction, ce qui indique que ce système, utilisable dans le cadre de criblage à haut débit, permet de rechercher et d’étudier des inhibiteurs de PTP1B, susceptibles de prolonger l’action de l’insuline (9).
    Enfin, nous avons également mis en évidence une interaction entre PTP1B et le précurseur du récepteur de l’insuline en cours de biosynthèse dans le réticulum endoplasmique, suggérant un rôle de PTP1B dans le contrôle de l’activité TK du précurseur immature (10).

     

    Interaction entre le récepteur de l’insuline et Grb14

     

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    Grb14 est une protéine adaptatrice qui interagit avec le domaine kinase du récepteur de l’insuline lorsque celui-ci est phosphorylé sur tyrosines. La liaison de Grb14 au récepteur inhibe son activité TK, et son expression semble augmentée dans les situations de résistance à l’insuline (11). Le KO de Grb14  conduit à une augmentation de sensibilité à l’insuline chez la souris, confirmant ainsi le réglulateur négatif de Grb14 dans la signalisation de l’insuline (12). Grb14 pourrait donc constituer un acteur important de la régulation du signal « insuline».

     

     

     
    Nous avons montré que l'on peut suivre, en temps réel, par la technique de BRET, l'effet de l'insuline sur l'interaction entre le récepteur et la protéine Grb14 (collaboration avec A-F Burnol, Institut Cochin). Nous avons ainsi pu réaliser une étude dynamique de l’association et de la dissociation du récepteur de l’insuline avec Grb14 (13).

     

     

    Rôle relatif de Grb14 et PTP1B dans la régulation de la signalisation de l’insuline.

     

    Les protéines Grb14 et PTP1B sont toutes deux impliquées dans la régulation négative  du récepteur de l’insuline et sont toutes deux exprimées dans les tissus insulino-sensibles. Nous avons voulu déterminer quelle était la part relative de chacune de ces protéines dans la régulation du récepteur de l’insuline. Des expériences de BRET entre IR et PTP1B, associées à des expériences de co-immunoprécipitation, ont indiqué que Grb14 pourrait moduler le mode d’interaction entre IR et PTP1B sans inhiber cette interaction (changement conformationel sans perte d’interaction) (14).

    Cette observation nous a conduit à émettre l’hypothèse que Grb14, en modulant le mode d’interacton entre IR et PTP1B,  pourrait réguler de façon fine la déphosphorylation du récepteur sur certains résidus tyrosine spécifiques.

    A l’aide d’anticorps reconnaissant soit la forme tri-phospohrylée du domaine kinase (anti-pY1158,1162,1163), soit la forme phosphorylée du domaine juxtamembranaire (anti-pY972), nous avons montré que Grb14 inhibe spécifiquement la déphosphorylation des trois tyrosines du domaine kinase par PTP1B, tout en augmentant la déphosphorylation de la tyrosine 972.

     

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    La tyrosine 972 correspond au site d’ancrage de Shc et IRS1 sur le récepteur phosphorylé. La déphosphorylation spécifique de la tyrosine 972 observée en présence de Grb14 s’accompagne d’une réduction importante de l’association d’IRS1 au récepteur activé, et une diminution de la phosphorylation d’IRS1 sur tyrosines et de l’activation des MAP kinases Erk 1 et 2 (14).
    Ainsi, en se liant au domaine kinase du récepteur de l’insuline, Grb14 bloque son activité tout en favorisant la déphosphosphorylation de la tyrosine 972, et donc la signalisation par le récepteur.
    Ce travail constitue la première démonstration d’une double régulation négative du récepteur de l’insuline, impliquant l’action concertée d’un adaptateur moléculaire qui inhibe l’activité TK et d’une tyrosine-phosphatase qui déphosphoryle le site d’ancrage des substrats du récepteur.

    Réferences

    1.    Zimmet, P., Alberti, K. G., and Shaw, J. (2001) Nature 414(6865), 782-787
    2.    Olefsky, J. M. (1982) Gastroenterology 83(6), 1313-1318
    3.    Combettes-Souverain, M., and Issad, T. (1998) Diabetes Metab 24(6), 477-489
    4.    Virkamaki, A., Ueki, K., and Kahn, C. R. (1999) J Clin Invest 103(7), 931-943.
    5.    Cheng, A., Dube, N., Gu, F., and Tremblay, M. L. (2002) Eur J Biochem 269(4), 1050-1059
    6.    Elchebly, M.,et al..,(1999) Science 283(5407), 1544-1548.
    7.    Klaman, L. D., et al., (2000) Mol Cell Biol 20(15), 5479-5489
    8.    Boute, N., Boubekeur, S., Lacasa, D., and Issad, T. (2003) EMBO Rep 4(3), 313-319
    9.    Issad, T., Boute, N., Boubekeur, S., Lacasa, D., and Pernet, K. (2003) Diabetes Metab 29, 111-117
    10.  Issad, T., Boute, N., Boubekeur, S., and Lacasa, D. (2005) Biochimie 87(1), 111-116
    11.  Cariou, B., Capitaine, N., Le Marcis, V., Vega, N., Bereziat, V., Kergoat, M., Laville, M., Girard, J., Vidal, H., and Burnol,  A. F. (2004) Faseb J 18(9), 965-967
    12.  Cooney, G. J., Lyons, R. J., Crew, A. J., Jensen, T. E., Molero, J. C., Mitchell, C. J., Biden, T. J., Ormandy, C. J., James,     D.E., and Daly, R. J. (2004) Embo J 23(3), 582-593
    13.   Nouaille, S., Blanquart, C., Zilberfarb, V., Boute, N., Perdereau, D., Burnol, A. F., and Issad, T. (2006) Biochem  Pharmacol 72(11), 1355-1366
    14. Nouaille, S., Blanquart, C., Zilberfarb, V., Boute, N., Perdereau, D., Roix, J., Burnol, A. F., and Issad, T. (2006) EMBO  Rep 7(5), 512-518