Comme JAK3 est exprimé dans les cellules hématopoïétiques et épithéliales, on pense que son rôle dans la signalisation des cytokines est plus restreint que celui des autres JAK. Il est le plus souvent exprimé dans les cellules T et les cellules NK, mais a également été trouvé dans les cellules épithéliales intestinales. JAK3 est impliqué dans la transduction du signal par les récepteurs qui utilisent la chaîne gamma commune (γc) de la famille des récepteurs de cytokines de type I (par exemple IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R et IL-21R). Les mutations qui abrogent la fonction de Janus kinase 3 provoquent une SCID (maladie d’immunodéficience combinée sévère) autosomique, tandis que les mutations activatrices de Janus kinase 3 entraînent le développement de leucémies.
En plus de ses rôles bien connus dans les cellules T et les cellules NK, on a découvert que JAK3 médiait la stimulation de l’IL-8 dans les neutrophiles humains. L’IL-8 fonctionne principalement pour induire la chimiotaxie dans les neutrophiles et les lymphocytes, et le silençage de JAK3 inhibe sévèrement la chimiotaxie médiée par l’IL-8.
Cellules épithéliales intestinalesEdit
Jak3 interagit avec la protéine de liaison à l’actine villine, facilitant ainsi le remodelage du cytosquelette et la réparation des plaies muqueuses. Les déterminants structurels qui régulent les interactions entre Jak3 et les protéines cytosquelettiques de la famille villine / gelsoline ont également été caractérisés. La reconstitution fonctionnelle de l’activité kinase par la Jak3 recombinante en utilisant la Jak3-wt ou la villine/gelsoline-wt comme substrat a montré que l’autophosphorylation de la Jak3 était l’étape limitant la vitesse lors des interactions entre la Jak3 et les protéines du cytosquelette. Les paramètres cinétiques ont montré que la Jak3 phosphorylée (P) se lie à la P-villine avec une constante de dissociation (Kd) de 23 nM et un coefficient de Hill de 3,7. La liaison par paires entre les mutants de Jak3 et la villine a montré que le domaine FERM de Jak3 était suffisant pour se lier à la P-villine avec une Kd de 40,0 nM. Cependant, le domaine SH2 de Jak3 a empêché la P-villine de se lier au domaine FERM de la protéine non phosphorylée. L’interaction intramoléculaire entre les domaines FERM et SH2 de Jak3 non phosphorylée a empêché Jak3 de se lier à la villine et l’autophosphorylation de la tyrosine de Jak3 au niveau du domaine SH2 a diminué ces interactions intramoléculaires et a facilité la liaison du domaine FERM à la villine. Ceux-ci démontrent le mécanisme moléculaire des interactions entre Jak3 et les protéines du cytosquelette où la phosphorylation de la tyrosine du domaine SH2 a agi comme un commutateur intramoléculaire pour les interactions entre Jak3 et les protéines du cytosquelette.
Les dommages soutenus à la muqueuse chez les patients atteints de maladies inflammatoires de l’intestin (MICI) facilitent la translocation des microbes intestinaux vers les cellules immunitaires sous-muqueuses conduisant à une inflammation chronique. L’IL-2 joue un rôle dans l’homéostasie des cellules épithéliales intestinales (CEI) en régulant la prolifération et la mort cellulaire des CEI en fonction de la concentration. L’activation par l’IL-2 a entraîné des interactions dépendantes de la phosphorylation de la tyrosine entre Jak3 et p52ShcA uniquement à des concentrations faibles. Des concentrations plus élevées d’IL-2 ont diminué la phosphorylation de Jak3, perturbé ses interactions avec p52ShcA, redistribué Jak3 vers le noyau et induit l’apoptose dans les IEC. L’IL-2 a également induit une régulation négative dose-dépendante de l’ARNm de Jak3. Des études de surexpression constitutive et de knockdown médié par mir-shRNA ont montré que l’expression de Jak3 était nécessaire à la prolifération des IEC induite par l’IL-2. De plus, la régulation négative de l’ARNm Jak3 induite par l’IL-2 était responsable d’une apoptose plus élevée induite par l’IL-2 dans les IEC. Ainsi, l’homéostasie muqueuse induite par l’IL-2 par la régulation post-traductionnelle et transcriptionnelle de Jak3.
Jak3 est également impliqué dans la différenciation muqueuse et la prédisposition aux maladies inflammatoires de l’intestin dans le modèle de souris. Ces études montrent que Jak3 est exprimé dans la muqueuse colique des souris, et la perte de l’expression muqueuse de Jak3 entraîne une expression réduite des marqueurs de différenciation des cellules des lignées entérocytaires et sécrétoires. Les souris KO Jak3 ont montré une expression réduite de la villine colique, de l’anhydrase carbonique, de la mucine sécrétoire muc2, et une inflammation colique basale accrue reflétée par des niveaux accrus de cytokines pro-inflammatoires IL-6 et IL-17A dans le côlon ainsi qu’une activité accrue de la myéloperoxydase colique. Les inflammations chez les souris KO étaient associées à un raccourcissement de la longueur du côlon, à une réduction de la longueur du cæcum, à une diminution de la hauteur des cryptes et à une sévérité accrue de la colite induite par le sulfate de dextran sodique. Dans les cellules épithéliales coliques humaines différenciées, Jak3 s’est redistribuée vers les surfaces basolatérales et a interagi avec la protéine de la jonction d’adhérence (AJ) β-caténine. L’expression de Jak3 dans ces cellules était essentielle à la localisation de la β-caténine dans la jonction d’adhérence et au maintien des fonctions de barrière épithéliale. Collectivement, ces résultats démontrent le rôle essentiel de Jak3 dans le côlon où il a facilité la différenciation de la muqueuse en favorisant l’expression des marqueurs de différenciation et a amélioré les fonctions de barrière colique par la localisation AJ de la β-caténine.
Bien que l’activation constitutive de Janus kinase 3 (Jak3) conduise à différents cancers, le mécanisme de régulation trans-moléculaire de l’activation de Jak3 n’est que récemment rapporté. Cette étude a montré que l’auto-phosphorylation de Jak3 était l’étape limitant le taux pendant la trans-phosphorylation de Jak3 de Shc où Jak3 a directement phosphorylé (P) deux résidus tyrosine dans le domaine SH-2, et un résidu tyrosine chacun dans les domaines CH-1, et PID de Shc. Les interactions directes entre les mutants de Jak3 et de Shc ont montré que si le domaine FERM de Jak3 était suffisant pour se lier à Shc, les domaines CH-1 et PID de Shc étaient responsables de la liaison à Jak3. Sur le plan fonctionnel, Jak3 était auto-phosphorylé sous stimulation IL-2 dans les cellules épithéliales. Cependant, Shc a recruté la tyrosine phosphatase SHP-2 et PTP-1B sur Jak3 et a ainsi déphosphorylé Jak3. Ainsi, l’étude a non seulement caractérisé l’interaction de Jak3 avec Shc, mais a également démontré le mécanisme de régulation intracellulaire de l’activation de Jak3 où les interactions de Jak3 avec Shc ont agi comme un régulateur de la déphosphorylation de Jak3 par le biais d’interactions directes de Shc avec Jak3 et les tyrosine phosphatases.
L’inflammation chronique de bas grade (CLGI) joue un rôle clé dans la détérioration métabolique dans la population obèse. L’expression et l’activation de Jak3 offrent une protection contre le développement de la CLGI et les complications de santé associées. Des études menées sur un modèle de rongeur montrent que la perte de Jak3 entraîne une augmentation du poids corporel, une CLGI systémique basale, une homéostasie glycémique compromise, une hyperinsulinémie et des symptômes précoces de stéatose hépatique. L’absence de Jak3 entraîne également une exagération des symptômes du syndrome métabolique par un régime occidental riche en graisses. D’un point de vue mécanistique, il est démontré que Jak3 est essentiel pour réduire l’expression et l’activation des récepteurs à péage (TLR) dans la muqueuse intestinale murine et les cellules épithéliales intestinales humaines où Jak3 interagit avec et active p85, la sous-unité régulatrice de la PI3K, par le biais de la phosphorylation tyrosine de la protéine adaptatrice substrat du récepteur de l’insuline (IRS1). Ces interactions ont entraîné l’activation de l’axe PI3K-Akt, qui était essentielle pour réduire l’expression du TLR et l’activation de NF-κB associée au TLR. Dans l’ensemble, Jak3 joue un rôle essentiel dans la promotion de la tolérance muqueuse par la suppression de l’expression et la limitation de l’activation des TLR, prévenant ainsi la CLGI intestinale et systémique et l’obésité et le MetS associés.
La compromission des jonctions d’adhérence (AJ) est associée à plusieurs maladies inflammatoires chroniques. La caractérisation fonctionnelle a montré que l’autophosphorylation de Jak3 était l’étape limitant la vitesse pendant la trans-phosphorylation de la β-caténine par Jak3, où Jak3 phosphoryle directement trois résidus tyrosine, à savoir Tyr30, Tyr64 et Tyr86 dans le domaine N-terminal (NTD) de la β-caténine. Cependant, une phosphorylation préalable de la β-caténine au niveau de Tyr654 était essentielle pour une nouvelle phosphorylation de la β-caténine par Jak3. Des études d’interaction ont indiqué que Jak3 phosphorylé se liait à la β-caténine phosphorylée avec une constante de dissociation de 0,28 μm, et bien que les domaines kinase et FERM (Band 4.1, ezrin, radixin et moesin) de Jak3 interagissent avec la β-caténine, le domaine NTD de la β-caténine facilite ses interactions avec Jak3. Physiologiquement, la phosphorylation de la β-caténine médiée par Jak3 a supprimé la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) médiée par l’EGF et a facilité les fonctions de barrière épithéliale par la localisation AJ de la β-caténine phosphorylée grâce à ses interactions avec l’α-caténine. De plus, la perte des sites de phosphorylation de la β-caténine médiée par Jak3 abroge sa localisation AJ et compromet les fonctions de barrière épithéliale. Ensemble, cette étude a non seulement caractérisé l’interaction de Jak3 avec la β-caténine, mais a également démontré le mécanisme de l’interaction moléculaire entre la dynamique AJ et EMT par la phosphorylation NTD de la β-caténine médiée par Jak3.
La protéine de résistance au cancer du sein (BCRP) est un membre des protéines transporteuses ABC (ATP-binding cassette) dont la fonction principale est d’effluer les substrats liés à la membrane plasmique. L’altération des fonctions de la barrière intestinale joue un rôle majeur dans l’obésité associée à l’inflammation chronique de bas grade (ICBG), mais la régulation de la BCRP pendant l’obésité et son rôle dans le maintien de la fonction de la barrière intestinale pendant l’obésité associée à l’ICBG étaient inconnus. À l’aide de plusieurs méthodes, notamment les tests d’efflux, l’immunoprécipitation, le transfert et l’histochimie, le test de perméabilité paracellulaire, le tri cellulaire activé par fluorescence, le test des cytokines et la microscopie à immunofluorescence, des études récentes suggèrent que les personnes obèses ont des fonctions BCRP intestinales compromises et que les souris obèses soumises à un régime alimentaire récapitulent ces résultats. Il a également été démontré que les fonctions compromises de la BCRP pendant l’obésité étaient dues à la perte de la phosphorylation de la tyrosine de la BCRP par Janus kinase 3 (JAK3). Les résultats de ces études indiquent que la phosphorylation de la BCRP médiée par JAK3 favorise ses interactions avec la β-caténine localisée dans la membrane, ce qui est essentiel non seulement pour l’expression et la localisation de la BCRP en surface, mais aussi pour le maintien des fonctions d’efflux de médicaments et de barrière intestinale médiées par la BCRP. Il a été observé que la réduction de l’expression de JAK3 dans l’intestin au cours de l’obésité humaine, le knock-out de JAK3 chez la souris ou le knockdown de la β-caténine par siRNA dans les cellules épithéliales intestinales humaines entraînent tous une perte significative de l’expression de BCRP dans l’intestin et compromettent l’efflux de médicaments et les fonctions de barrière du côlon. Ces résultats révèlent un mécanisme d’efflux intestinal de médicaments et de fonctions de barrière médiés par la BCRP et établissent un rôle pour la BCRP dans la prévention de l’obésité associée à la CLGI, tant chez l’homme que chez la souris. Ces études ont des implications plus larges non seulement dans notre compréhension des mécanismes physiologiques et physiopathologiques des fonctions de barrière intestinale et des maladies inflammatoires chroniques associées à la CLGI, mais aussi dans les caractéristiques pharmacocinétiques et pharmacodynamiques de l’efflux de médicaments médié par les protéines dans les formulations de médicaments oraux.