AKT

INTRODUCTION

Au cours des années 1950 fut mis au point des Lignées consanguines de souris ayant un fort pourcentage  pour le développement d’un cancer (80%). On parle alors de la lignée AKR (avec un fort taux de leucémie) Puis durant les années 1970 on découvrait une nouvelle classe de virus de la leucémie murine est enfin associée au développement des lymphomes spontanés. Enfin les recherches permirent d’analyser en détail le pro-oncogène c-Akt  qui code une protéine sérine-thréonine kinase dont le domaine catalyseur est étroitement lié aux segments catalytiques trouvés chez tous les autres membres de la famille des protéines kinases C. Les recherches s’affinent et la présence d’un motif SH2-like fut identifiée dans cet oncogène AKT. Un tel sigle ne fait pas appel à la fonction de cette protéine . Le terme « AK » fut choisi comme terme de classification d’une lignée de souris qui développait spontanément des lymphomes thymique , tandis que la lettre « T » est ajoutée pour signifier « transforming » suite à l’isolation d’un rétrovirus mutant isolé à partir de la lignée « AK ». Par la suite on parle du rétrovirus « AKT-8 » puis de l’oncogène de ce virus nommé « v-AKT » pour finalement garder seulement le sigle AKT pour les analogues humains.

Ainsi actuellement un bilan existe et la protéine Akt (également appelée protéine kinase B comme mentionné =PKB, est bien connue comme une Sérine/thréonine Kinase dont on va posséder progressivement toute la séquence primaire et découvrir progressivement ses multiples rôles dans la cellule. On va également codifier les diverses PKB comme les formes alpha, bêta et gamma.

Si on parle tout Séquences de la protéine Kinase B AKTd’abord seulement de AKT1, il va également être découvert des formes voisines que l’on va codifier comme AKT2 dans un premier temps, mais également plus récemment AKT3. Dans le tableau suivant sont réunies des informations de séquences avec respectivement les liens spécifiques suivants :       P31749   /   P31751    /     Q56A86 .      .

Portrait robot de l(AKT1L’expression des kinases « Akt » est démontrée par de nombreux travaux utilisant la RT-PCR quantitative  et elles se révèlent bien  distribuées dans tous les types de cellules humaines. Un portrait-robot révèle comme indiqué dans l’illustration ci-dessous que différents motifs sont identifiables au sein de cette structure. On pourra accéder à plus de détails sur les liens suivants (Atlas AKT1) ; (Atlas AKT2) ;  (Atlas AKT3). La protéine kinase AKT-1 appartient à la super famille des protéines kinases. On identifie en particulier. Parmi les motifs présents :

  • Un domaine PH (également nommé « Plecktrin Homology » et présenté en vert dans la représentation tridimensionnelle) est constitué d’environ une centaine de résidus avec une hélice alpha et 2 structures  bêta  constituant un domaine électro statiquement  polarisé. Cette séquence contient par ailleurs une  zone spécifique constituée par les résidus 107à147 qui est à mettre en relation avec  le domaine unique placé en N-terminal et aussi identifié comme domaine NH2-terminal  AH (résidus 11 à 60). La totalité de cette région de la kinase AKT va permettre un accrochage à la membrane grâce à une reconnaissance d’une liaison avec un lipide de type Phospho-inositide et cela va permettre l’activation de la kinase AKT. Ainsi les Domaines AH et PH  vont jouer un rôle important pour l’activité de la kinase AKT.
  • Arrangement spatial de l'AKTUn domaine proprement dit avec l’activité catalytique de la Kinase (= domaine CAT, en bleu). Ce domaine kinase est spécialisé dans le transfert du groupe gamma phosphate de l’ ATP à un résidu Sérine ou Thréonine d’une protéine substrat contenant une séquence consensus bien particulière ce qui va induire un changement de conformation de cette dernière. Cela permet une bonne localisation cellulaire de la protéine ainsi modifiée et/ou son association avec un autre partenaire. Il existe aussi un domaine C-terminal dit régulateur (partie rouge) qui est hydrophobique et riche en résidus Proline  servant plus particulièrement à réaliser une association avec un autre partenaire. C’est la cas pour une association avec une protéine possédant un domaine dit SH3    Le Cristal de la kinase AKT est présenté avec des informations supplémentaires qui sont disponibles sur le site indiqué

Il y a bien sur des changements de conformations qui vont conduire une forme inactive de la Kinase AKT vers une forme active suite à des phosphorylations bien spécifiques. Si ce fut l’identification de la cible PI3K comme site d’association pour la kinase AKT qui en fit un participant majeur d’une cascade de signalisation dont les implications seront présentées plus loin. Casde des voies de signalisations aboutissant à AKTDans un premier temps il y a maintenant à la membrane suite à l’action de PI3K, la présence non plus des phosphoinositides de type  PIP2 mais de type (PIP3) qui deviennent alors des sites d’ancrages pour des protéines possédant un motif homologue à la Plecktrin (PH domain). Ce qui est le cas pour AKT. En fait il y a 2 types de protéines qui sont alors recrutées, ce sont les kinases dites PKB (également connue comme AKT) et PDK1 (voir les fiches correspondantes). Ce recrutement à la membrane via le (PIP3)  permet l’accrochage à la membrane de ces kinases et elles sont ainsi susceptibles de se rencontrer, ce qui va favoriser leur relation.

Une illustration présente la cascade de signalisation qui permet d’avoir eu l’action de la protéine PI3K, la formation de plusieurs motifs PIP3 dont l’un permet l’accrochage de la kinase AKT tandis qu’un autre motif PIP3 libre pourra être convoité par la kinase PDK1 (voir fiche correspondante)

Rôle des kinases  AKT

Le rôle de la kinase AKT est pour sa translocation et son activation dans un travail sur cette protéine comme indiqué en détail dans l’article indiqué. Il va être décrit dans un premier temps une phosphorylation de AKT au niveau de sa Thréonine 308 . Cela va permettre une activation qui sera réalisée par l’intermédiaire de son voisin à la membrane, la kinase PDK1 qui s’ancre également sur un motif PIP3 (voir fiche spécifique sur PDK1). Puis une activation totale de la Kinase AKT va requérir un autre type de phosphorylation essentielle qui concerne  la Sérine 473. (Intervention d’une autre kinase, la Sérine/Threonine Kinase mTOR, consulter la fiche correspondante).

processu d'activation vers la forme active d'AKTC’est en fait la forme mTORC2 qui joue un rôle essentiel dans l’activation de la kinase AKT1 via la phosphorylation de «Ser-473 » ce qui peut faciliter la phosphorylation de la boucle d’activation du AKT1 au niveau de «  Thr-308 » par PDK1 qui est une condition préalable à l’activation complète. Cependant la kinase AKT semble pouvoir être phosphorylée sur son résidu (Ser-473) en absence de la protéine mTORC2. Ce processus va résulter d’une accumulation au niveau de la membrane plasmique de motif PIP3comme cela est présenté en détail dans l’article en référence. À côté de ces résidus phosphorylables il existe d’autres résidus susceptibles d’accepter un groupement phosphate ; (par exemple les résidus Ser-473 et Thr-308 ; ou les résidus Thréonine 72 et  Sérine 246). Pour autant il demeure que les 2 cibles importantes de phosphorylation sont identifiées par tous les auteurs comme les résidus Ser-473 et Thr-308 et que cela va provoquer un changement de conformation impliquant un passage d’une forme inactive vers une forme active que l’on peut schématiser comme dans l’illustration ci-contre.

La kinase AKT inhibe le processus de dégradation des protéines en les phosphorylant ce qui va réprimer des facteurs de transcription (comme FoxO, voir fiche correspondante) et favoriser la synthèse des protéines via la protéine mTOR (voir fiche correspondante) et la GSK3bêta (voir fiche correspondante). L’ensemble de cette cascade peut être consultée dans l’article indiqué. Une fois activé la kinase AKT va phosphoryler et moduler la fonction d’un nombre important de protéines régulatrices, conduisant à une inhibition de l’apoptose, une promotion de la division cellulaire et une stimulation de l’absorption et du stockage du glucose. Ainsi, les  kinases de type AKT régulent  de nombreux processus cellulaires comme le métabolisme, la prolifération et la survie des cellules, la croissance cellulaire avec un rôle spécifique au niveau de l’angiogenèse.

Large distribution des processus via des voies de signalisations qui impliquent AKTOn ne sera donc pas étonné de retrouver la kinase AKT au centre d’un Carrefour de multiples processus cellulaires comme indiqué dans le schéma suivant. On va trouver diverses voies de signalisation en relation avec le métabolisme, l’angiogenèse, la translation du signal cellulaire impliqué dans la division cellulaire et les échanges entre cytoplasme et  noyau qui toutes passent par la kinase AKT. On notera ainsi parmi les multiples fonction de la Kinase AKT, un rôle particulier dans la survie des myoblastes selon les isoformes AKT1 versus AKT3

Il y a également une participation de cette kinase dans la balance entre AKT-inactivation et AKT-ion  au niveau de la cellule musculaire en particulier.

C’est pour ces multiples implications que l’activité de cette Kinase AKT doit être modulable. En effet à côté du processus de phosphorylation qui conduit à l’activation de l’activité Kinase,  il existe bien un processus d’inhibition de cette kinase qui va faire intervenir des phosphatases susceptibles de retirer les groupements phosphates ayant conduit à  l’activation de AKT.

C’est la régulation inverse qui fait intervenir diverses phosphatases, comme la phosphatase dite “PH domain leucine-rich repeat protein phosphatase (PHLPP)” pour le résidu Sérine 473, ou la phosphatase P2  (PP2A) pour la Thréonine 30 Et bien sûr,  on note un rôle important dans l’inhibition de l’apoptose qui est comme déjà noté une des fonctions de cette kinase AKT . Ainsi en résumé , la Kinase AKT participe de manière prépondérante à la stimulation de la Prolifération cellulaire ce qui en fera, au fur et à mesure de nos connaissances sur son fonctionnement,  « de facto » une cible préférentielle pour lutter contre certain cancer.

Les Autres Partenaires de la kinase AKT

Mis à part son rôle en tandem avec la kinase PI3K dans les multiples voies de signalisation illustrées plus haut , il y a récemment des substrats spécifiques de  la protéine AKT1 et/ou de la protéine AKT2 qui ont été identifiés comme :

Ainsi toutes ces données récentes indiquent  que la forme AKT1 possède un rôle plus spécifique que les autres membres de cette famille AKT en ce qui concerne la motilité et la  prolifération cellulaire. La suite implique une longue cascade des différentes voies de signalisation qui fait intervenir par ailleurs la Myostatine (voir fiche correspondante) conduisant au contraire vers un  programme opposé à celui de l’atrophie musculaire.

Pathologies associées à des défauts au sein de la kinase AKT

Les souris pour lesquelles la structure de la kinase AKT1 est altérée, présentent des défauts développementaux, avec une diminution de la taille de tous leurs organes et une altération du développement placentaire. La souris double mutantes pour AKT1 et AKT2 présente une atrophie musculaire sévère, et meurt généralement très rapidement après sa naissance

Un bilan comparatif sur la participation de la kinase AKT dans les cellules saines versus les cellules pathologiques est disponible  sur le lien indiqué. Par ailleurs tout indique que la kinase AKT possède une place centrale dans la dérèglementation  du cycle cellulaire.

Akt domaine PHLe déacétylase SIRT1 favorise une localisation membranaire et l’activation de la kinase  Akt cours de la tumorigénèse et l’hypertrophie cardiaque.  La structure cristalline du domaine PH de la kinase Akt interagir avec PIP3. Les Lysines acétylées sont indiquées en bleu, et le PIP3 est représenté en violet. Le résidu Lys14 est dans la poche de liaison du domaine de PH et se trouve impliqué dans la liaison directe avec le PIP3. Le résidu  Lys20 est présent dans la boucle variable et est à proximité de la poche de liaison sous forme inactive ou forme  dite Apo. Le résidu  Lys20 subit des changements  de conformation considérables  lors de la liaison avec PIP3 (forme liée). La neutralisation de la charge sur le résidu Lys20 pourrait entraver la liaison du  PIP3 et les changements de conformations  associés à cette liaison, va conduire à l’inactivation de la kinase Akt. Au cours de  la stimulation des cellules par  le facteur de croissance (GF), la désacétylase SIRT1 désacétyle la kinase  Akt, permettant sa liaison avec le  PIP3, ce qui favorise sa localisation à la membrane plasmique. Un schéma du domaine PH  résume cette configuration et est présenté ci-contre.

 

On notera toutefois que la voie de signalisation IGF-1/ PI3K/AKT n’est pas la seule voie pouvant conduire à une hypertrophie musculaire.

Dernières Avancées

Au cours de ces 5 dernières années la recherches se développe selon 3 axes qui se recoupe autour du rôle et du carrefour de voies de signalisation dans lesquelles on va impliquer la kinase AKT. On va  trouver:

  • Une analyse plus détaillée des voies de signalisations impliquant la protéine kinase B/AKT et leurs impact :
    Avec un travail sur la voie PI3K / Akt via IGF-1 qui confère une neuroprotection aux cellules de l’épithélium pigmentaire de la rétine humaine  après exposition exposés au Nitroprusside de sodium.
    Une approche de la voie PI3K-Akt-eNOS qui va se trouver impliquée dans hyporéactivité aortique à la phényléphrine associé à une grossesse tardive chez des rats spontanément hypertendus.
    Une stimulation de la kinase Akt / Protéine Kinase B dans le cœur contribue à hypertrophie cardiaque pathologique avec altération mitochondriale, (détails dans l‘article en référence).
    Une large implication des protéines kinases dans le trafic membranaire neuronal chez les patients atteint d’Autisme et de « ADHD ».
  • Des approches plus poussées sur le développement de certains cancers/

La migration des cellules dans le cancer gastrique passe par la voie de la protéine kinase B.

Le ciblage cytosolique de la phospholipase A2 dans les cellules cancéreuses colorectales est constitutivement  inhibé par  la protéine kinase B (AKT) dans sa forme activée  et diminue la prolifération cellulaire.
Le transporteur de glucose-1 et la voie protéine kinase B /  phosphatidylinositol 3-kinase sont impliqués  dans radiorésistance des cancers . La modulation de la voie du mévalonate par Akt régule la survie des macrophages et le développement de la fibrose pulmonaire.
La prolifération et la migration des cellules de l’hépatoblastome sont médiés par la voie de signalisationPI3K / Akt via IRS-4.
Une nouvelle analyse permet de quantifier le taux des kinases AKT et ERK1 / 2 dans les vésicules extracellulaires isolées à partir de sang de patients atteints de cancer.

La protéine baptisée MCP-1 stimule la microglie épinière via la voie de signalisation PI3K / Akt et se trouve corrélée avec la douleur dans le cancer des os. L’exposition chronique à l’alcool aggrave l’inflammation et déclenche métaplasie  pancréatique via la voie de signalisation PI3K / Akt / IKK.

  • Des études de l’action de divers produits de synthèse chimique :  

Le Sévoflurane (Post conditionnement) protège le cœur de rats contre les lésions d’ischémie-reperfusion via l’activation de la voie de signalisation  PI3K / AKT / mTOR.

Le  Resvératrol protège les cellules PC12 de la  neurotoxicité induite par une concentration élevée de glucose  via  la voie de signalisation  PI3K / AKT / FOXO3a.

La Gardenamide A atténué l’apoptose cellulaire induite par la privation en sérum  via les voies de signalisation impliquant  ERK1 / 2 et PI3K / Akt.
La Pristimerine possède une activité anticancéreuse au niveau des cellules de carcinome de l’ovaire qui se trouve  médiée par l’inhibition de la voie de signalisation de  Akt / NF-KB /  mTOR.

La Plumbagine comme le produit  Alisertib induisent l’arrêt et l’autophagie du cycle cellulaire et permet de supprimer la transition épithélio-mésenchymateuses impliquant la voie de signalisation PI3K / Akt /mTOR   dans les cellules cancéreuses pancréatiques humaines.

La Baicaléine déclenche une autophagie et inhibe la protéine kinase B /, cible mammalienne de la rapamycine, dans les cellules HepG2 du carcinome hépatocellulaire.

  • Autres Avancées depuis 2015

En 2015, La protéine  AICAR augmente la capacité phagocytaire des macrophages des cellules apoptotiques en sollicitant plusieurs Kinases via t la voie de signalisation impliquant AKT.  L’oxyde de zinc améliore la restauration de la barrière intestinale et module la voie de signalisation TGF-β1, ERK1 / 2,  AKT chez les  porcelets après l’épreuve à l’acide acétique (Voir détails dans l’article indiqué.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur chaque membre de la famille des AKT il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)      Chaque isoforme de AKT avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

  • Protéine : AKT1 
  • Pathologies associées :     Breast cancer, somatic    BREAST CANCER, FAMILIAL   ; Colorectal cancer, somatic     CRC ; Cowden syndrome 6     CWS6  ; Ovarian cancer, somatic    OVARIAN CANCER   ; Proteus syndrome, somatic     NEVI   ; {Schizophrenia}  SCZD
  • Protéine : AKT2
  • Pathologies associées :  Diabetes mellitus, type II   NIDDM    ; Hypoinsulinemic hypoglycemia with hemihypertrophy   HIHGHH
  • Protéine : AKT3
  • Pathologies associées : Megalencephaly-polymicrogyria-polydactyly-hydrocephalus syndrome 2, MPPH2