Frontières | Myosine Light Chain Kinase : Une cible potentielle pour le traitement des maladies inflammatoires | Pharmacologie

Chez les mammifères, la myosine light chain kinase (MLCK) est codée par les gènes mylk1 et mylk2 (Herring et al., 2006). mylk2 code une isoforme de la MLCK qui est exclusivement exprimée dans les cellules musculaires squelettiques (Herring et al., 2006 ; Wang L. et al., 2016). En raison du manque de données sur les produits codant pour le gène mylk2, nous discutons principalement des produits du gène mylk1, qui comprennent la MLCK à longue chaîne (220 kDa), la MLCK à courte chaîne (130 kDa) et la protéine carboxy-terminale non catalytique (17 kDa), la télokine (Chen et al, 2013 ; Chen C. et al., 2014 ; An et al., 2015). Les produits codant pour le gène mylk1 sont exprimés dans divers types de cellules et de tissus, notamment les muscles, les plaquettes et les cellules sécrétoires et cérébrales (Jin et al., 2002). De nombreuses activités cellulaires, telles que la contraction, l’adhésion, la migration cellulaire et la formation de barrières épithéliales, se produisent de manière dépendante ou indépendante de la phosphorylation de la chaîne légère régulatrice de la myosine (MLC) (Chen et al., 2013 ; Chen C. et al., 2014 ; Kim et Helfman, 2016). Une expression anormale de MLCK a été observée dans de nombreuses maladies inflammatoires, notamment la pancréatite (Shi et al., 2014), les maladies respiratoires (Zhou et al., 2015), les maladies cardiovasculaires (Cheng et al., 2015), le cancer (Zhou et al., 2014) et les maladies inflammatoires de l’intestin (MII) (Yi et al., 2014). L’implication de MLCK et de la voie de signalisation MLCK qui sous-tendent les maladies inflammatoires représentatives est discutée. Certaines maladies dans lesquelles MLCK est impliquée sont énumérées dans le tableau 1.

TABLE 1

TABLE 1. Rôle de la myosine light chain kinase (MLCK) dans certaines maladies.

MLCK dans les maladies respiratoires, l’athérosclérose et la pancréatite

Dans les troubles inflammatoires du poumon, l’atteinte de l’intégrité de la barrière des cellules endothéliales pulmonaires altère la perméabilité vasculaire, et une inondation alvéolaire en résulte souvent (Mao et al., 2015). Une expression anormale de MLCK se produit dans les lésions pulmonaires, et l’inhibiteur de MLCK ML-7 ou la délétion du gène MLCK peut atténuer les lésions pulmonaires (Wang T. et al., 2016). MLCK a une activité similaire dans l’asthme et dans l’inflammation pulmonaire, et la variation du gène MYLK est fortement associée aux lésions pulmonaires aiguës et à la susceptibilité à l’asthme (Wang et al., 2014, 2015 ; Wang T. et al., 2016).

Le dysfonctionnement de la barrière endothéliale induit par MLCK est également impliqué dans la pancréatite et l’athérosclérose (Cheng et al., 2015 ; Wang et al., 2014 ; Wang T. et al., 2016). La pancréatite aiguë sévère est associée à une morbidité et une mortalité élevées. Sa pathogenèse n’est pas complètement comprise (Zerem, 2014), mais l’expression de MLCK est significativement augmentée dans les modèles de rat de pancréatite aiguë (Shi et al., 2014), et il a été démontré que l’élévation du facteur de nécrose tumorale (TNF)-α dans la pancréatite aiguë sévère est un médiateur de la régulation du cytosquelette dépendant de MLCK, conduisant à la destruction de la fonction de barrière endothéliale (Shi et al., 2014 ; Yu et al., 2016). L’initiation et le développement de l’athérosclérose conduisent souvent à des lésions vasculaires progressives, qui s’accompagnent d’un dysfonctionnement endothélial (Phinikaridou et al., 2015). L’implication de MLCK dans l’histoire naturelle de l’athérosclérose a été confirmée par l’atténuation des lésions vasculaires et de l’athérosclérose par ML-7, un inhibiteur de MLCK (Cheng et al., 2015).

MLCK dans le développement du cancer

Une expression anormale de MLCK a été observée dans des lignées cellulaires de cancer du pancréas, du poumon et de la prostate (Tohtong et al., 2003 ; Nagaraj et al., 2010 ; Chen et al., 2011). Des changements rapides et dynamiques du cytosquelette sont nécessaires pour l’invasion et les métastases des cellules cancéreuses. La phosphorylation de la myosine II du cytosquelette dépendante de la MLCK augmente le potentiel métastatique des cellules tumorales, et le réarrangement du cytosquelette dépendant de la MLCK module les fonctions de barrière endothéliale vasculaire associées à l’angiogenèse, qui est une étape critique du développement du cancer (Dudek et Garcia, 2001). D’autre part, le potentiel métastatique des cellules du cancer du sein est augmenté par la perte de MLCK (Kim et Helfman, 2016). Les changements dans la migration et l’adhésion des cellules sont également des étapes précoces caractéristiques de l’inflammation, mais il existe peu de rapports sur la régulation de la migration des cellules inflammatoires par MLCK.

MCLK dans les MICI

Les maladies inflammatoires de l’intestin, y compris la colite ulcéreuse et la maladie de Crohn, sont caractérisées par une inflammation gastro-intestinale chronique et sont associées à une déficience importante des patients et à des coûts de traitement élevés (Rai et al., 2015). Bien que la pathogenèse des MICI reste obscure, il est prouvé que le dysfonctionnement de la barrière intestinale en est le principal moteur (Hindryckx et Laukens, 2012 ; Pastorelli et al., 2015). Le dysfonctionnement des jonctions serrées entraîne une détérioration de la barrière intestinale, qui permet le passage de divers agents pathogènes (Jin et Blikslager, 2016). Les jonctions serrées sont constituées de protéines transmembranaires telles que les occludines et les claudines et de protéines membranaires périphériques, c’est-à-dire les protéines de la zonula occludens (Van Itallie et Anderson, 2014). Les jonctions serrées sont situées dans la région apicolatérale des cellules endothéliales et sont liées à un anneau d’actomyosine périjonctionnel. La phosphorylation de l’actomyosine périfonctionnelle induite par la MLCK entraîne la perte de la jonction serrée, ce qui peut déclencher l’initiation et le développement des MICI. L’expression et l’activité de la MLCK sont accrues dans les MICI humaines et sont associées à des preuves histologiques de l’activité de la maladie (Blair et al., 2006). Une élévation anormale de la MLCK a également été observée dans la colite expérimentale induite par l’administration par gavage de sulfate de dextran sodique ou par l’administration intracolonique d’acide trinitrobenzènesulfonique (Su et al., 2013 ; Xiong et al, 2016).

Activation deMLCK dans les MICI

Le TNF-α est une cytokine pro-inflammatoire qui provoque un dysfonctionnement de la barrière de la jonction serrée intestinale, ce qui est central dans la pathogenèse des MICI (Saleh et al., 2016). Dans les MICI, la signalisation médiée par le récepteur 2 (R2) du TNF contribue à l’augmentation de l’expression épithéliale de MLCK (Su et al., 2013 ; Suzuki et al., 2014). Dans un rapport récent d’Al-Sadi et al. (2013), la perméabilité de la jonction serrée des monocouches de cellules Caco-2, dans un modèle in vitro d’épithélium intestinal, a été augmentée par l’activation par le TNF-α de la voie de signalisation ERK1/2. L’activation de la voie ERK1/2 a induit la phosphorylation du facteur de transcription Elk-1 contenant le domaine ETS. Elk-1 activé s’est ensuite déplacé dans le noyau et s’est lié au promoteur de MLCK, entraînant finalement l’expression épithéliale de MLCK. LIGHT (lymphotoxin-like inducible protein that competes with glycoprotein D for herpes virus entry on T cells) est un membre de la famille du TNF qui est impliqué dans la pathogenèse des MICI humaines (Krause et al., 2014), et dans les épithéliums en culture, l’inhibition de MLCK a atténué la perte de barrière induite par LIGHT, ce qui a suggéré que la perte de barrière épithéliale induite par LIGHT pouvait dépendre de l’activation de MLCK (Schwarz et al., 2007).

Des augmentations de la perméabilité de la jonction serrée par des augmentations médiées par IL-1β de l’expression de MLCK ont été démontrées dans les maladies inflammatoires (Beard et al., 2014). Dans la migration des cellules souches mésenchymateuses, il a été démontré que l’IL-1β provoquait une augmentation de l’expression de la MLCK épithéliale par l’activation de la voie PKCd/NF-κB ; elle a également stimulé l’activité de la MLCK via la voie de signalisation PKCa/MEK/ERK (Lin et al, 2014).

L’IFN-γ a également été associé à l’activation de MLCK en favorisant l’adhésion et l’internalisation des bactéries commensales par l’éventail de la bordure en brosse épithéliale activée par MLCK (Wu et al., 2014). Cependant, comme pour la régulation de MLCK médiée par la LUMIÈRE, une étude plus approfondie de la régulation de MLCK médiée par l’INF-γ est nécessaire pour déterminer si elle est directe. Les voies de signalisation associées à la régulation de MLCK sont présentées dans la figure supplémentaire S1.

Les voies de signalisation associées à MLCK qui peuvent déclencher des MICI

Dans les MICI, le dysfonctionnement de la barrière épithéliale induit par MLCK est déclenché par deux voies de signalisation. Premièrement, dans l’intestin, l’épithélium forme une barrière contre les agents pathogènes dans la lumière. L’expression anormale de MLCK dans les maladies gastro-intestinales inflammatoires entraîne la phosphorylation de la chaîne légère régulatrice de la myosine II (MLC), la contraction de l’anneau d’actomyosine et une augmentation de la perméabilité intestinale (Yi et al., 2015). Ainsi, la phosphorylation de la MLC dépendante de la MLCK est un mécanisme essentiel qui sous-tend le dysfonctionnement de la barrière épithéliale induit par la MLCK. Un deuxième mécanisme implique la régulation à la hausse de la claudine-2 et l’endocytose de l’occludine stimulée par la MLCK (Su et al., 2013 ; Jin et Blikslager, 2016). L’expression accrue de la claudine-2 a été associée à un dysfonctionnement de la barrière épithéliale intestinale (Hu et al., 2015 ; Krishnan et al., 2015), ainsi qu’à une diminution de l’absorption, à une diarrhée de flux de fuite et à des réponses inflammatoires (Hu et al., 2015). La régulation à la baisse de l’occludine dans les MICI diminue la perméabilité gastro-intestinale, ce qui peut perturber l’intégrité de la barrière contre une variété de pathogènes (Yin et al., 2015).

Rôle pathologique potentiel du muscle lisse MLCK dans les MICI

Le muscle lisse (sm) MLCK est transcrit à partir du même gène que le MLCK épithélial. Elle est impliquée dans la régulation de la contraction du sm, et la variation de la teneur en smMLCK entraîne des troubles de la motilité (Chen et al., 2015). Les troubles de la motilité entraînent secondairement une croissance anormale de la flore intestinale, qui aggrave à son tour la pathogénie de l’inflammation intestinale (Chen D. et al., 2014 ; Welch et al., 2014). La question de savoir s’il existe un effet direct de la smMLCK sur les maladies inflammatoires doit faire l’objet d’une étude plus approfondie.

Inhibiteurs de la smMLCK avec utilisation pharmaceutique potentielle

La myosine light chain kinase possède des domaines catalytique, inhibiteur et de liaison à la calmoduline (Chang et al., 2016). L’activité du domaine catalytique peut être révélée par digestion tryptique partielle, et peut être bloquée par les inhibiteurs de MLCK (Luck et Choh, 2011 ; Chang et al., 2016). Les inhibiteurs de la MLCK agissent par liaison compétitive au niveau ou à proximité du site de liaison de l’ATP sur la molécule de MLCK (Saitoh et al., 1987 ; Luck et Choh, 2011). La MLCK a été largement étudiée chez les sm, mais elle est largement distribuée dans les cellules et les tissus animaux. Par conséquent, il est essentiel de déterminer les activités de la MLCK dans d’autres tissus ; les inhibiteurs de la MLCK sont de bons outils pour cela. Les inhibiteurs de la MLCK ont également un potentiel pharmacologique en tant que vasodilatateurs et agents anti-inflammatoires. Certains inhibiteurs de MLCK, leurs origines et les preuves de leur effet pharmacologique sont énumérés dans le tableau 2.

TABLE 2

TABLE 2. Inhibiteurs de la kinase de la chaîne légère de la myosine ayant un usage pharmaceutique potentiel.

ML-9 et ML-7

ML-9 est un inhibiteur classique de la MLCK (IC50 = 3,8 μM), qui s’est avéré inhiber à la fois la smMLCK dépendante et -indépendante du Ca2+-calmoduline (Saitoh et al., 1987 ; Shi et al., 2007). La ML-9 et ses dérivés synthétiques sont de bons inhibiteurs sélectifs de la smMLCK (Ito et al., 2004). Il a été démontré que ML-9 réduit la pression intraoculaire dans les yeux de lapin (Honjo et al., 2002).

Un autre inhibiteur de MLCK, ML-7 , est un agent perméable à la membrane (Shi et al., 2007). ML-9 et ML-7 sont tous deux des dérivés de naphtalène sulfonamide (Shi et al., 2007). L’inhibition de ML-7 est plus de 30 fois plus puissante que celle de ML-9 (IC50 = 300 nM) (Shi et al., 2007). Cependant, par rapport à la ML-9, l’inhibition spécifique de la MLCK de la smMLCK et d’autres isoformes de la MLCK peut être moins puissante (Saitoh et al., 1987). Les effets bénéfiques de ML-7 ont été démontrés dans de nombreuses conditions, y compris les lésions cardiaques d’ischémie/reperfusion (Lin et al., 2012 ; Zhang et al., 2015), les MII (Cheng et al., 2015) et l’athérosclérose (Cheng et al.., 2015).

Produits microbiens inhibiteurs de MLCK

K-252a, un alcaloïde microbien purifié à partir de cultures microbiennes, est un inhibiteur non sélectif de MLCK (Nakanishi et al., 1992) ainsi que d’autres protéines kinases, notamment la protéine kinase C et certaines protéines kinases dépendantes des nucléotides cycliques (Nakanishi et al., 1992). Le KT592 est un dérivé du K-252a avec une sélectivité accrue. La wortmannine, isolée et purifiée à partir de la souche fongique Talaromyces wortmannin KY12420, est un autre produit microbien inhibiteur de la MLCK (Nakanishi et al., 1992). Il a été démontré qu’elle diminue les réponses sécrétoires des cellules médullaires surrénales de rat par l’inhibition de la MLCK (Warashina, 2000) et qu’elle possède une activité antifongique, hémorragique et anti-inflammatoire qui pourrait ne pas être liée à l’inhibition de la MLCK (Nakanishi et al., 1992). Les effets pharmacologiques potentiels de ces inhibiteurs justifient une étude plus approfondie.

Inhibiteurs potentiels de MLCK d’origine naturelle

Comme le montre le tableau 2, certains constituants bioactifs d’origine naturelle peuvent être des inhibiteurs de MLCK. Dans un système in vitro comprenant de la myosine purifiée et de la MLCK, la quercétine a inhibé la phosphorylation de la myosine. Cette inhibition peut être bloquée par l’inhibiteur MLCK ML-7, ce qui indique que la quercétine peut être un inhibiteur direct de la MLCK (Zhang et al., 2006). Dans un modèle animal de trouble de la motilité intestinale, l’administration de capsaïcine a significativement diminué l’expression de MLCK, ce qui implique également MLCK comme cible de l’inhibition par la capsaïcine (Chen et al., 2015). L’inhibition en réponse à l’acide salvianolique B peut être indirecte ; une autre signalisation est impliquée. L’acide salvianolique B diminue l’expression de MLCK par la régulation positive du microARN1 (Xiong et al., 2016). On a également constaté que la régulation à la hausse du microARN-374a, du microARN-155, du miR-520c-3p et du miR-1290 réduisait l’expression de MLCK dans divers tissus (Adyshev et al., 2013 ; Weber et al., 2014). Les composés bioactifs d’origine naturelle qui agissent indirectement par le biais des microARN constituent une autre voie d’inhibition. Cependant, des expériences pharmacologiques spécifiques aux maladies sont nécessaires pour confirmer les effets des inhibiteurs potentiels de MLCK d’origine naturelle.

Résumé

Cette revue résume les preuves d’un rôle de MLCK dans les maladies inflammatoires, en particulier les MICI. L’expression anormale de MLCK est impliquée dans divers événements pathologiques, principalement en provoquant des modifications du cytosquelette qui perturbent la fonction de barrière épithéliale. L’effet des agents anti-MLCK dans des maladies inflammatoires spécifiques dépend de la mesure dans laquelle la fonction endothéliale est impliquée. La prévention des effets secondaires liés au traitement est une considération essentielle car la MLCK est abondamment exprimée dans de nombreux tissus. La prise en compte de deux aspects de la sélectivité permet d’anticiper et de prévenir les effets secondaires des inhibiteurs de la MLCK. Le premier est l’inhibition sélective de la MLCK et d’autres protéines kinases telles que la protéine kinase C et la protéine kinase dépendant des nucléotides cycliques ; le second est l’inhibition sélective des différentes isoformes de la MLCK telles que la smMLCK et la nmMLCK. Les agents pharmaceutiques anti-MLCK potentiels offrent un nouvel aperçu du traitement des maladies inflammatoires qui diffère de la thérapie anti-inflammatoire traditionnelle.

Contributions des auteurs

Conçu et conçu l’examen : DC. Vérification des références : DC, YX, CW, LW, ZZ et LS. Rédaction de l’article et révision critique pour le contenu intellectuel important : DC, YX, CW, LW, ZZ et LS. Le manuscrit a été approuvé par tous les auteurs.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

Cette étude a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (numéro de subvention 81600440, 81273919) et la Fondation municipale de recherche médicale de Dalian.

Matériel supplémentaire

Le matériel supplémentaire pour cet article peut être trouvé en ligne à : https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fphar.2017.00292/full#supplementary-material

FIGURE S1 | Les mécanismes sous-jacents à la régulation de la fonction de barrière endothéliale induite par MLCK sont représentés. Les flèches pleines indiquent une interaction directe et les flèches pointillées indiquent des interactions indirectes.

Adyshev, D. M., Moldobaeva, N., Mapes, B., Elangovan, V., et Garcia, J. G. (2013). Régulation par microARN de l’expression de la kinase de la chaîne légère de myosine non musculaire dans l’endothélium pulmonaire humain. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 49, 58-66. doi : 10.1165/rcmb.2012-0397OC