PHLPP

INTRODUCTION

Comme déjà notifié dans la fiche au sujet de la kinase AKT (voir fiche correspondante), il y a bien, après une phosphorylation spécifique de ce type de kinase qui est nécessaire pour déclencher son activation, nécessité d’une procédure de déphosphorylation pour laquelle une phosphatase est requise. Chronologiquement, la découverte d’une protéine  correspondant à cette fonction fut réalisée en 1999 et fut  dans un premier temps référencée comme la protéine SCOP. (Suprachiasmatic nucleus Circadian Oscillatory Protein).

En 2005 une phosphatase spécifique de la déphosphorylation de la kinase AKT est décrite dans le détail et porte le nom de PHLPP dont l’abréviation PHLPP signifie en anglais : PH domain Leucine-rich repeat-containing Protein Phosphatase. Puis toujours au sujet de ce processus de déphosphorylation de la kinase AKT une autre phosphatase nommée PHLPP2 fut-elle aussi associée à ce processus (la première protéine devenant de facto PHLPP1).

Les PHLPPs

séquences des Phosphatases PHLPPEnsuite la terminologie s’accorda pour prendre une terminologie commune pour SCOP et PHLPP et réunir sous le terme unique de PHLPP;  l’ensemble de ces phosphatases. On trouvera dans le tableau suivant les informations sur les séquences humaines de ces phosphatases spécifiques avec un lien SwissProt spécifique : O60346 : Q6ZVD8.

L’ensemble de ces données va permettre alors d’établir un portrait-robot de la protéine comme cela est présenté ci-contre, avec dans une telle séquence plusieurs domaines dont la liste est la suivante :

Portrait robot de la Phosphatase PHLPP1

  • Un domaine PH
  • Plusieurs domaines dits riches en résidus Leucines d’environ une vingtaine de résidus. Ces zones « Leucine Riche Region =LRR ». Il y a 21 LRR pour la forme 1 et 22 LRR pour la forme 2 de ces phosphatases Humaines PHLPP. On parle également de domaine LRR
  • Un domaine dit PP2C qui est en fait le domaine phosphatase
  • Une extrémité C-terminale contenant  un domaine PDZ.

Diverses isoformes des phosphatases PHLPPIl est cependant à noter que chez le rat la version PHLPP1 (également annotée au départ comme  SCOP) le nombre de  domaines LRR est plus réduit et présente 2 types,  alpha et bêta,  tandis que la version PHLPP 2 ne possède qu’un seul  type. (Voir détails et illustration dans la publication indiquée). Une schématisation présentée ci-dessous illustre les différentes isoformes dites alpha et bêta de la phosphatase PHLPP chez le rat.

Architecture 3D de la portion PP2C de la phosphatase PHLPPL’architecture spatiale du domaine PP2C, a été déterminé et une illustration de son organisation est présentée ci-contre avec les détails sur cette structure directement consultables dans la référence indiquée. En particulier les atomes de Mn2+ y sont colorés en Vert et les acides aminés en relation sont légendés dans l’article original avec une image en gros plan sur ce site actif de la protéine.

Ces isoformes possèdent une très forte similarité avec en supplément pour les formes PHLPP1 bêta et  PHLPP2, il y a présence avant le domaine PH d’une zone spécifique codifiée domaine RAS.

En effet, avec  la mise en évidence du « Sarcome de Rat » les chercheurs ont fabriqué une abréviation ‘RAt Sarcoma‘ (=RAS) qui va progressivement donner naissance à une large famille de protéines mais également à la notion d’un domaine RAS qui est souvent aussi connu comme le domaine RA. Les protéines de cette famille RAS appartiennent à une classe de petites protéines appelées « GTPases ». Elles sont impliquées dans la transmission de signaux cellulaires. La protéine RAS en est le prototype. Chez l’homme on identifiera la protéine de cette large famille sous le terme de « GTPase KRas » Suite à de nombreuses études sur 2 types de cancers provoqués par des virus on va identifier 2 premiers gènes de cette famille de protéines qui sont les protéines HRAS et KRAS en référence aux travaux de Harvey et Kirsten dans ce domaine.

Le terme RAS

Un troisième type de protéines classée comme virus impliqué dans un sarcoma est la protéine NRAS que l’on va identifier dans des cellules humaines neuroblastomatiques. Les protéines humaines HRAS, KRAS et NRAS sont très semblables comme le démontrent diverses études dans ce domaine. Ainsi l’étude de la protéine connue sous le sigle de PHLPP  présente plus particulièrement dans sa version PHLPP1de type bêta ou de type 2 un domaine d’association pour RAS . On va alors parler de domaine RAS mais parfois plus spécifiquement du domaine RA (= RAS Associating domain).

Le domaine RAS est donc situé en partie N-terminale de la phosphatase PHLPP de types 1 bêta, et 2 et se constitue d’environ 90 résidus. D’autres exemples d’un tel domaine RA existent dans la littérature comme c’est le cas pour la protéine RIAM (=Rap1-GTP Interacting Adapter Molecule) parmi les plus récentes protéines décrites en détails. Des travaux réunissent alors sous le concept d’une nouvelle famille de protéines =  les protéines contenant un domaine RA On parle alors d’une nouvelle classe de modulateurs spécifiques, et des comparaisons de séquences primaires montrent une relative homologie pour la protéine grb14 avec les versions PHLPP  de type 1 et de type 2 citées plus haut au niveau de ce domaine RAS

Séquences comparatives du domaine RASUn alignement des séquences primaires de ces 3 protéines permet d’identifier les résidus conservés dans ces différentes séquences comme cela est indiqué  dans l’illustration ci-dessous. La position des feuillets Bêta et des hélices alpha est indiquée sur ce schéma par des flèches et des cylindres respectivement.

Par la suite l’analyse en détails de ce type de domaine RA a été faite sur des versions similaires de protéines telles la protéine Grb14 et la protéine Grb10. Arrangement spatial d'un domaine RASAvec une résolution de 2,6 Angström le domaine RA va se révéler capable d’adopter une conformation qui ressemble à celle de L’Ubiquitine (ubiquitin-like)  et se trouver former par 5 structures en feuillets bêta et 3 hélices Alpha. On va donc les identifier et les numéroter en ordre croissant selon leur position dans la structure primaire indiquée au-dessus. Une cristallisation comparative des 2 protéines Grbs (=Grb 14 et Grb10)  permet d’illustrer ci-dessous la conformation spatiale d’un domaine  RA. On va trouver l’ensemble de ces structures sous la forme de flèches (feuillet bêta au nombre de 5) et d’hélices alpha (seulement 2 hélices, numérotées 1 et 3 par analogie avec l’Ubiquitine et selon leurs positions dans la séquence primaire de cette protéine Grb14 humaine.

On pourra également trouver des données supplémentaires au sujet de la phosphatase humaine PHLPP1 dont la forme alpha est seulement de 133kDa et la forme bêta de 185 kDa suite à un épissage différent sur le même locus pour l’exon N°1.  Voir sur les liens indiqués (Atlas PHLPP1) et (Atlas PHLPP2)

Les partenaires de la phosphatase PHLPP

Cette phosphatase va enlever le motif phosphate de plusieurs Sérines  contenues dans des protéines telles :

Par ailleurs il existe une association avec le complexe mTOR   pour contrôler son action de déphosphorylation.Mais il existe aussi des influences par diverses autres protéines pour stimuler l’action de la phosphatase PHLPP comme :

Principaux partenaires de la Phosphatase PHLPPAinsi que par ailleurs des protéines qui seront capable de cliver et /ou phosphoryler cette phosphatase PHLPP pour que cette dernière soit plus facile à dégrader par la machinerie cellulaire comme d’une part le clivage par une E3 ligase nommée bêta-TrCP, et d’autre part la  phosphorylation spécifique par l’action directe concertée de la caséine kinase 1 (CK1) et de la  glycogène synthase kinase 3 (GSK-3). De plus il est à noter que les formes PHLPP1 bêta et  PHLPP2 comportent avant leur domaine PH une zone spécifique codifiée domaine RAS, pour une association avec la protéine K-RAS Sous l’effet d’inhibiteur spécifique dirigé contre la communication cellulaire entre mTOR et PI3K/Akt, une déficience en  PHLPP conduira à une stimulation de la cascade de signalisation impliquée dans la survie cellulaire via  Mst-1. Une illustration présentée ci-contre permet de récapituler de manière schématique l’ensemble des partenaires potentiels de ces phosphatases PHLPP.


Rôle de la PHLPP

Le processus de déphosphorylation spécifique est opérée par la phosphatase dite « PHLPP ». Ce processus ne concerne uniquement que des résidus Sérines phosphorylées. C’est le cas pour la Protéine kinase C , mais également le cas avec la kinase AKT  et cela fait  participer soit la forme PHLPP1, soit  la forme PHLPP2. Ainsi les phosphatases PHLPP sont-ils de nouveaux acteurs au sein de la cascade de signalisations qui régule l’activité d’une cellule.

Le bilan est donc validé comme quoi déphosphoryler la kinase AKT va favoriser l’apoptose et supprimer la croissance des tumeurs. De même on va observer que cette régulation négative de la phosphatase PHLPP sur AKT permet la survie du muscle cardiaque. Mais par ailleurs il semble que le rôle de la phosphatase PHLPP est aussi important en ce qui concerne  l’horloge biologique de l’organisme entier. On va donc considérer principalement que la phosphatase PHLPP est  susceptible de jouer le rôle de régulateur négatif de la kinase AKT en réduisant la quantité de Kinase active dans la cellule.

Régulation de la Phosphatase PHLPP

Comme de bien entendu on va voir le rôle exact sur la prolifération cellulaire de la phosphatase PHLPP, mais il existe une régulation propre de cette phosphatase qui permet de contrôler son action. Pour cela c’est le complexe mTOR  (voir fiche correspondante), qui va jouer un rôle essentiel En 2010, un travail illustré récent  donne la clé du processus de survie de la cellule cardiaque en décrivant l’intervention dans la mitochondrie de la  phosphatase PHLPP-1 sur la kinase AKT

Pathologies et phosphatase PHLPP

 

Il y a perte de l’expression de la phosphatase PHLPP dans les cas de cancer du colon Un polymorphisme au sein de la séquence de la phosphatase PHLPP2 va affecter son efficience à déphosphoryler aussi bien AKT que PKC. On observe une altération de la phosphatase PHLPP1 suite à une mauvaise localisation de la protéine β-TrCP1 (cas du «glioblastoma”). 

Par ailleurs, une augmentation de la présence de cette phosphatase PHLPP est observée chez les patients obèses. Une absence de mTORC2 va complétement faire écrouler l’action de la phosphatase PHLPP sur la kinase AKT. Ainsi comme la phosphatase PHLPP semble avoir toutes les propriétés nécessaires pour en faire un nouvel acteur important dans le bon déroulement des processus vitaux de la cellule,
Des perspectives originales sont à découvrir avec de nouveaux inhibiteurs spécifiques pour mieux maitriser l’action de cette phosphatase. Dans cette axe de recherche en 2012, on peut consulter l’article en référence comme un guide pour mieux déterminer  sur la phosphatase PHLPP vis-à-vis de la kinase AKT l’effet de différents produits chimiques à visées thérapeutiques.

Avancées plus récentes

Phosphatase PHLPP et suppression des tumeurs cancéreusesDepuis 2012, un travail démontre qu’il existe un réseau suppresseur de tumeur qui est désactivé dans le cas du glioblastome et qui concerne plus particulièrement l’ensemble PTEN, NHERF1 et  PHLPP. Un tel ensemble forme une voie de signalisation qui est schématisée comme indiqué ci-contre et dont une plus large légende peut être consultée dans l’article original indiqué en référence.

Un autre travail indique que la phosphatase PHLPP1 régule la kinase  Akt2, du pancréas ce qui va  favoriser la mort des cellules cancéreuses et inhiber la formation de tumeurs.

Voies de signalisation impliquant la phosphatase PHLPP dans la survie cellulaireEn 2013, c’est la possibilité de  Suppression de la survie cellulaire par des voies de signalisation impliquant  la PHLPP phosphatase qui est mise en lumière. Un schéma récapitulatif montre alors que la phosphate PHLPP va  supprimer la voie de signalisation Akt/PI3K. Lors de l’activation de récepteurs de facteurs de croissance, la PI3K est recruté par récepteur de l’insuline substrat-1 (IRS-1) et d’autres protéines  réceptrices, où elle est activée par phosphorylation, ce qui entraîne la production du second messager PIP3 à la membrane plasmique. Lors de ce stimulus, il y a translocation de la kinase Akt  vers la membrane plasmatique où elle est activée par phosphorylation au niveau de la boucle d’activation (T308) et le motif hydrophobe (S473). L’illustration ci-contre résume l’ensemble de ce processus avec des indications supplémentaires disponibles dans l’article original.

L’enzyme de désubiquitination USP46  agit  en tant que suppresseur de tumeur en contrôlant la voie de signalisation qui permet via la phosphatase  PHLPP d’atténuer la kinase  Akt dans le cancer du côlon. Une délétion programmée de la phosphatase PHLPP1 protège le cerveau des lésions ischémiques. La kinase de type delta du diacylglycerol permet de moduler la phosphorylation de Akt  via le domaine PH de la phosphatase de type 2 (PHLPP2). La suppression de l’Histone déacétylase de type 3 l’expression de la  phosphatase PHLPP 1 au niveau des  chondrocytes pour finalement supprimer la signalisation Akt. Le  micro ARN dit « miR-205 » cible les produits  PTEN et PHLPP2 pour augmenter la signalisation AKT et conduire à des phénotypes malins que l’on rencontre dans le  cancer du poumon déficient en petites cellules. La régulation négative de l’expression de la phosphatase PHLPP contribue à la résistance contre  la chimiothérapie  induite par l’hypoxie dans les cellules atteintes du cancer du côlon.

Thérapie et boucle de rétroaction impliquant la phosphatase PHLPPEn 2014 une régulation négative de la phosphatase  PHLPP1 via le micro ARN dit « miR-190» va favoriser la traduction de la protéine p53 en impliquant la fonction biologique de NF κB1 Une nouvelle méthode pour obtenir la désactivation de la kinase  AKT serait selon le travail indiqué en référence de choisir  comme une cible en tant que médicament la Phosphatase PHLPP. En effet l’évolution d’une tumeur cancéreuse dans le cas du cancer de la prostate semble pouvoir être bloquée par 2 voies distinctes : 1) l’utilisation de la voie hormonale 2) l’utilisation d’inhibition par des analogues de la Rapamycine (= Rapologue) schématisé par des lignes vertes sur le schéma récapitulatif tandis que les voies en rouges représentent les axes d’activations. (consulter le schéma original pour plus de détails dans l’article en référence).

Ainsi au fur et à mesure de la meilleure connaissance sur ce sujet la phosphatase PHLPP est considéré un régulateur négatif de RAF1, ce qui réduit une motilité des cellules cancéreuses  du côlon et empêche la progression de la tumeur chez les souris. La protéine PTEN et la  phosphatase PHLPP communiquent des informations dans les cellules cancéreuses et agissent comme des facteurs de croissance bêta dans la transformation de cellules souches, ce qui va faciliter l’invasion par de nouvelles cellules cancéreuses. Les taux de la Protéine  SRPK1 à la hausse et/ou à la baisse vont  favoriser le cancer en interférant avec la déphosphorylation de la kinase AKT via la phosphatase PHLPP. La formation du complexe FKBP51-PHLPP2-AKTdasn la voie de signalisation  cérébral au niveau des  lésions d’ischémie / reperfusion chez le rat a été analysée en détail dans ce travail original. En fin d’article un schéma récapitulatif résume la situation selon les auteurs de ce travail. Une sérieuse caractérisation biochimique des divers domaines de la Phosphatase PHLPP est présentée dans ce travail avec un tableau récapitulatif des diverses séquences homologues que l’on rencontre dans diverses protéines analogues Le domaine PH de la phosphatase PHLPP permet de supprimer la voie de signalisation impliquant le  récepteur tyrosine kinase (RTK) par un mécanisme épigénétique précédemment non identifié sans rapport avec sa fonction déjà connue et  décrite comme la phosphatase du motif hydrophobe de la protéine kinase AKT, de la protéine kinase C, et de la kinase S6. Il est alors défini un rôle crucial pour  la phosphorylation du pro-oncogène  c-Jun au niveau des résidus Sérine Ser63 / 73 ce qui implique la phosphatase  PHLPP la dégradation des protéines. Dans ce travail il est utilisé la Cheliensisine A (Chel A) un nouvel styryl-lactone isolée à partir Goniothalamus cheliensis Hu, qui a déjà été démontré comme ayant une  activité chimio-préventive.

 

La phosphatase PHLPP dans le coeurEn 2015, une étude propose une technique d’activation de la kinase Akt par ablation de la phosphatase  PHLPP1 ce qui provoque alors un empêchement du développement de l’ hypertrophie pathologique en favorisant  la promotion de l’angiogenèse. L’ensemble de ces étapes qui impliquent l’action de la phosphatase  PHLPP sur la kinase AKT au  cours du processus du développement  cardiaque est résumé sur un schéma récapitulatif ou  les résidus  Sérine 473 et Thréonine 308 sont indiqué sur la kinase AKT ainsi que le processus qui va conduire à l’apoptose qui sera donc limité en relation avec l’augmentation de l’angiogénèse qui résulte de la déficience en phosphatase PHLPP. Par ailleurs il existe également une protection contre l’hypertrophie pathologique  si l’activation de  la kinase Akt est obtenue par délétion de la phosphatase PHLPP.

Une nouvelle étude se penche sur l’axe PHLPP-Ras-ERK-p90RSK et les conséquences que cettte voie de signalisation entraîne sur la traduction de la protéine HIF-1α . On va décrire dans ce travail original  une expression aberrante des phosphatases  PHLPP1 et PHLPP2 corrélée à un mauvais pronostic chez les patients avec un carcinome épidermoïde de l’hypo pharynx. La phosphatase PHLPP induit l‘apoptose cellulaire et exerce une activité anticancéreuse en inhibant la phosphorylation de la protéine nommée Survivine  (BIRC5 ), et de son exportation nucléaire dans le cas d’un cancer de la vésicule biliaire. Une suppression programmée de la phosphatase PHLPP va augmenter le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) de type 18 et son expression va favoriser la prolifération des chondrocytes. (dans ce travail il s’agit d’études sur une culture ex vivo de cellules de type PHLPP1 (-/-). L’axe  lysosomal impliquant mTORC2/PHLPP1/Akt pourrait selon ce récent travail être une cible pour tenter de restaurer la dysfonction autophagique (CMA =Chaperone-mediated autophagy) que l’on observe chez les sujets âgés et/ou malades La perte programmée des phosphatases PHLPP ,(délétion des gènes correspondants), protège contre la colite en inhibant l’apoptose  intestinale des cellules épithéliales.

Variants naturels dans la séquence de la PHLPPUne nouvelle étude analyse clairement l’ensemble des actions des phosphatase PHLPP1 et PHLPP2 sur les résidus Sérine et thréonine de la Kinase AKT. Par contre une expression élevée de la phosphatase  PHLPP est associée à un meilleur pronostic chez les patients atteints d’un adénocarcinome du poumon. Si aucune mutation n’est encore dépistée au niveau de la séquence primaire de la phosphatase PHLPP il existe cependant quelques indications sur de possible variance ponctuelle dans cette séquence et en particulier retrouvée avec un taux de 30% chez des patients atteints de cancer une variance concernant le résidu leucine 1016. une illustration présentée ci-contre indique cette information.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur les Phosphatases PHLPP  il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

  1. A)     les Phosphatases PHLPP avec son lot de références historiques.
  2. B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : PH DOMAIN AND LEUCINE-RICH REPEAT PROTEIN PHOSPHATASE; PHLPP

Pathologies associées: pas encore identifiée en 2015