Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV

Abstract

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) plays an essential role in the homeostatic control of arterial pressure through its influence on the vascular smooth muscle cells (VSMC) contraction-relaxation cycle. Nevertheless, activation of the AT1 receptor by angiotensin II (Ang II) is also involved in VSMC inflammation and hypertrophy. The latter are two processes related to arterial remodeling which is the culprit of some cardiovascular diseases such as hypertension and atherosclerosis. These diseases are the leading cause of natural death in America and the treatments available to date are not optimum because they target only some and not all risk factors associated to it. Thus, determination of the intracellular effectors involved in these deleterious signaling pathways is needed to identify new therapeutic targets. Ang II-induced inflammation in VSMC is under the control of the transcription factor nuclear factor-kappa B (NF-κB). However, the molecular mechanisms coupling the AT1 receptor to its activation are not well characterized. The study addressing this issue demonstrates in vitro that the activation of NF-kB is dependent of the activation of IκB kinase β (IKKβ) in VSMC. This kinase is regulated by two independents, but complementary signaling pathways to insure its vigorous and sustained activation. One of them is an early event that relies on second messengers and two novel effectors of the AT1 receptor, the E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) and the IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1). The other pathway is delayed and relies on the- mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK) axis. Moreover, inhibition of both pathways completely abolishes the Ang II-induced inflammatory response in VSMC which indicates that they are the only one implicated. Thus, inhibition of IKKβ would be possibly sufficient to compromise the inflammation implicated in the development of vascular remodeling. One of the innovative discoveries that has emerged from this latest study is that the E3 ligase TRAF6 is a G protein-coupled receptors effector responsible for the formation of a new type of second messengers described as free poly-ubiquitin chains. Regarding the Ang II-induced hypertrophic response, the molecular mediators involved in protein synthesis are also poorly defined. However, it has been shown that IKKβ has the ability to control the initiation of translation in response to tumor necrosis factor α (TNFα) by its capacity to phosphorylate the protein Tuberous sclerosis 1 (TSC1) and then to activate the mammalian target of rapamycin complex (mTORC1) in cancer cells. Therefore, some in vitro experiments have been conducted in VSMC to determine whether IKKβ also contributes to this phenomenon in response to Ang II. Indeed, in VSMC exposed to Ang II, IKKβ has the ability to induce the phosphorylation of TSC1 and the activation of mTORC1 as well as its downstream effectors S6 kinase 1 (S6K1) and translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), proteins related directly to hypertrophy. Furthermore, Ang II-induced protein synthesis in VSMC is drastically reduced following a decrease in the expression of IKKβ and following the overexpression of a mutant of TSC1 in which the consensus site of IKKβ has been modified. Thus, IKKβ acts upstream of two processes involved in the development of cardiovascular diseases related to vascular remodeling in response to Ang II in vitro. In addition, most of their risk factors converge to the activation of IKKβ making it an attractive therapeutic target. Moreover, this kinase is a protein of interest for the translational research, since the administration of an IKKβ inhibitor to rats reduces not only the Ang II-induced protein synthesis in the aorta and mesenteric arteries, but also the synthesis of the pro-inflammatory protein VCAM -1.