Enzymes
Groupe des transférases (EC 2)
Lipides kinases
Phosphatidylinositol Kinases (PI-kinases)
Phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) : PI3KC3

Les autres classes de PI3K diffèrent par leur spécificité de substrat et génèrent donc des espèces de phosphoinositides distinctes.

• Les PI3K de classe I interviennent dans la synthèse de PI(3,4,5)P3 ou PIP3 et/ou indirectement PI(3,4)P2.
• Les PI3K de classe II synthétisent PI(3,4)P2 et, dans une moindre mesure, PI(3)P.

Vue d'ensemble des PI3K de classe III

Les PI3K de classe III (EC 2.7.1.137) synthétisent PI(3)P, la seule classe conservée depuis la levure jusqu'à l'homme (Phylogenomics of phosphoinositide lipid kinases: perspectives on the evolution of second messenger signaling and drug discovery 2011).

$\ce{ATP + Phosphatidylinositol}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{ADP + Phosphatidylinositol 3-phosphate}$

La classe III des PI3K est représentée par une seule isoforme, PIK3C3, également connu sous le nom de hVPS34 (human Vacuolar Protein-Sorting34), homologue de Vps34 de la levure.

• C'est la PIK3 la mieux conservée par l'évolution.
• Elle est présente sous forme de complexes.

Vue d'ensemble des complexes

Les différentes fonctions cellulaires du complexe PIK3C3 sont régulées par l'association de protéines distinctes, aussi bien chez la levure que chez les mammifères.

1. Chez la levure, comme chez les mammifères, on trouve deux complexes principaux (The class III phosphatidylinositol 3-kinase Vps34 in Saccharomyces cerevisiae 2016).

• PIK3C-CI impliqué dans la formation des autophagosomes,
• PIKC3-CII impliqué dans le tri des protéines vacuolaires, i.e. homologies des endosomes,

Remarque : chez la levure, PIKC3-Gpa1 est retrouvée dans la signalisation phéromonale.

2. De par leur composition différente, le complexe II vise plus les surfaces membranaires plates que le complexe I.

3. PI3KC3 se trouve sous forme de deux complexes principaux (PI3KC3-CI et PI3KC3-C2) qui interviennent dans les différentes fonctions du trafic intracellulaire :

• la fusion et le tri endosomaux,
• le trafic des endosomes vers les lysosomes,
• la phagocytose,
• l'autophagie,
• la cytokinèse (ou cytodiérèse).

Composants invariants des complexes

Les trois composants invariants sont :

• Vps34,
• Vps15/p150,
• Vps30/Beclin1.

Vps34

1. Vps 34 ne comprend que le motif de signature PI3K (Structure and flexibility of the endosomal Vps34 complex reveals the basis of its function on membranes 2015) :

• 

  le domaine C2,
• le domaine hélicoïdal dont le rôle est inconnu,
• le domaine C-terminal catalytique responsable de l'activité enzymatique.

2. Le domaine C2, comparable à celui des PI3K de classe I, joue un rôle complétement différent.

• C2 a un rôle d'échafaudage dans les complexes et non pas un rôle de liaison à la membrane en contactant directement toutes les sous-unités des deux complexes.
• Le domaine C2 des PI3K de classe I interagit fortement avec le domaine hélicoïdal, tandis que Vps34-C2 est éloigné du reste de l'enzyme par les domaines HEAT de Vps15.

Vps15/p150

1. Vps15/p150, VPS15 ou PIK3R4 chez les mammifères est la sous-unité régulatrice.

Vps15 comprend :

• un domaine de protéine kinase, dont on ne sait pas s'il est actif ou pas (pseudokinase) : le Vps15 de type sauvage est phosphorylé, semble-t-il par autophosphorylation,
• plusieurs répétitions HEAT,
• plusieurs domaines WD40 C-terminaux.

Vps15/pl50 est myristoylée au niveau de la séquence consensus N-terminale.

2. Vps34 et Vps15 interagissent de manière anti-parallèle, chacun des trois domaines de Vps15, i.e. hélicoïdal et WD40 interagit avec au moins un domaine de Vps34, i.e. C2, hélicoïdal et kinase.

Ce réseau d'interactions explique la relation co-dépendante des deux protéines :

• Vps34 est essentielle à l'intégrité de Vps15.
• Vps15 est nécessaire au recrutement et à l'activité membranaires de Vps34.

Vps30/Beclin1

1. Vps30/Beclin1 contient le domaine BARA (Beta-Alpha-Repeated, Autophagy specific), un pli globulaire spécifique de l'autophagie (Beclin 1-vps34 complex architecture: understanding the nuts and bolts of therapeutic targets 2015 et Bidirectional Control of Autophagy by BECN1 BARA Domain Dynamics 2019).

a. BARA comprend trois répétitions feuille-β-hélice-α, primordial pour le ciblage du complexe vers le pré-autophagosome ou phagophore (Structure of the Novel C-terminal Domain of Vacuolar Protein Sorting 30/Autophagy-related Protein 6 and Its Specific Role in Autophagy 2012).

Les résidus aromatiques dans une boucle de surface du domaine BARA servent de doigt hydrophobe pour servir d'association directe avec les membranes (Crystal structure and biochemical analyses reveal Beclin 1 as a novel membrane binding protein 2012).

b. Ce domaine serait essentiel à la régulation du complexe PI3KC3-C2 par Rubicon (RUN domain and cysteine-rich domain containing, Beclin1-interacting protein), inhibe l’activité du complexe Vps34/Beclin-1 et de ce fait la nucléation du phagophore (Structural basis for autophagy inhibition by the human Rubicon–Rab7 complex 2020).

• Rubicon stabiliserait le feuillet β1 de BECN1 et bloquerait l’arrimage membranaire (Bidirectional Control of Autophagy by BECN1 BARA Domain Dynamics 2019).
• Un interrupteur allostérique dans ce feuillet facilite la séquence de retournement et de liaison des membranes.

Vous pouvez lire aussi : Two Beclin 1-binding proteins, Atg14L and Rubicon,reciprocally regulate autophagy at different stages (2009) et Distinct regulation of autophagic activity by Atg14L and Rubicon associated with Beclin 1- phosphatidylinositol 3-kinase complex (2009).

2. L'interaction entre Vps30 et Vps34/Vps15 est supposée être supportée par le domaine coiled-coil (superhélice) contenant Atg14.

PI3KC3-CI