AMPK et mTOR

AMPK et mTOR

Vous êtes-vous déjà demandé ce que sont AMPK et mTOR, comment ils fonctionnent et à quoi ils servent ? Aujourd’hui, nous vous l’expliquons et répondons à ces questions.

Qu’est-ce que AMPK et mTOR

AMPK et mTOR sont deux régulateurs biomoléculaires du métabolisme qui permettent d’atteindre un bilan énergétique en fonction du scénario dans lequel nous nous trouvons :

  • AMPK prédomine sur mTOR au kilomètre 30 d’un marathon
  • mTOR prédomine sur AMPK après un repas post-entraînement riche en nutriments.

Les deux concepts ont été largement déformés par les médias, essayant de minimiser un champ aussi complexe que la transcriptomique.

Entraînement

Actuellement, pratiquement tout ce qu’un utilisateur moyen sait sur ces deux cibles moléculaires est incorrect pour avoir une vision partielle.

Tout d’abord, je voudrais dire que cet article abordera une approche basique et superficielle de ces concepts, avec un langage aussi compréhensible que possible.

Il faut garder à l’esprit qu’il s’agit d’un domaine d’études extrêmement complexe et qu’il nécessite une solide compréhension de domaines tels que la métabolomique ou la protéomique.

Allons-y !

Qu’est-ce que AMPK

AMPK est une protéine kinase du domaine sérine / thréonine qui agit comme un capteur clé dans la régulation de l’énergie cellulaire et son activation favorise le catabolisme et inhibe l’anabolisme, augmentant la production d’énergie grâce et à partir de substrats et inhibant la consommation d’énergie dans les réactions de réduction.

AMPK signifie protéine kinase activée par l’AMP.

L’AMP est un sous-produit de la ventilation de l’ATP, notre devise énergétique.

Par conséquent, lorsque les concentrations d’AMP intracellulaires augmentent, cela signifie que le rapport ATP:AMP diminue. C’est un signal de privation d’énergie qui active l’AMPK en se liant aux récepteurs de sa sous-unité gamma liée à l’AMP.

Adénosine

Figure I. Structure de l’adénosine phosphate (mono-, di- et tri-).

AMPK est composé de 3 sous-unités (alpha, bêta et gamma), chacune d’entre elles étant liée à un marqueur différent ; et à son tour, chacune des sous-unités est composée de sous-types de sous-unités, ayant alpha 1, 2 ; beta 1, 2 ; gamma 1, 2, 3…

AMPK est aussi un concept qui est utilisé de manière généralisée mais erronée puisque AMPK est une famille de 13 kinases que nous pouvons trouver dans le génome humain et nous devons spécifier à laquelle des isoformes nous nous référons pour éviter toute confusion.

Néanmoins, dans cet article, AMPK sera traité comme un concept générique afin de ne pas densifier le thème.

Mais il est important de comprendre que l’AMPK n’est pas quelque chose de simple et statique, mais plutôt un recueil de protéines, avec des unités et des sous-unités qui remplissent des fonctions spécifiques et sont distribuées de manière hétérogène dans les tissus de l’organisme.

Qu’est-ce que mTOR

mTOR est une protéine kinase avec un domaine sérine / thréonine qui forme des complexes fonctionnels avec d’autres protéines, d’où le nom de mTORCx, qui à son tour est exprimé dans deux sous-complexes :

  1. mTORC1
  2. mTORC2

Chacun a des sous-unités spécifiques : mTOR, Raptor, mLST8, PRAS40 ; et mTOR, Rictor, mSin1, Protor, mLST8 ; respectivement.

Ces unités influencent l’activité de chaque complexe mTOR d’une manière différente, elles répondent à différents stimuli chimiques, et il est important de connaître le rôle de chaque sous-unité pour savoir exactement de quoi on parle quand on se réfère à « mTOR ».

Energie

Mais c’est un aspect dans lequel je ne vais pas approfondir non plus, nous parlerons de mTOR faisant référence à mTORC1 et je parlerai toujours du complexe comme d’un concept global à moins que je ne fasse spécifiquement référence à l’une des protéines qui le composent.

mTOR agit comme un régulateur des processus anabolisants au niveau cellulaire : il module la croissance cellulaire, accélère le cycle cellulaire, favorise la survie cellulaire et inhibe l’autophagie.

Quelle est la relation entre AMPK et mTOR

Il n’est pas nécessaire d’être un génie pour réaliser que nous parlons de deux concepts opposés, n’est-ce pas ?

  • AMPK est un capteur de statut énergétique faible, qui favorise le catabolisme pour obtenir de l’énergie ;
  • mTOR est un complexe protéique qui agit comme un promoteur de la dépense énergétique pour la biosynthèse des macromolécules.

REDOX

Figure II. Réactions REDOX.

Ce n’est pas si simple, mais oui, en termes généraux, cela fonctionne de cette façon : AMPK « casse » pour nous donner de l’énergie et mTOR utilise l’énergie pour « construire ».

Il est important qu’il y ait un équilibre entre les deux protéines, car il existe une relation négative générale entre elles (ce n’est pas toujours le cas mais nous ne rentrerons pas dans les détails d’une telle explication dans cet article).

Ils agissent donc comme une course de relais

Relais

Figure III. Témoin dans une course de relais.

Le premier court et donne le relais à l’autre pour continuer la course et ainsi ils alternent pour que tout fonctionne correctement dans le corps.

La surexpression de l’un des deux complexes conduit à une dérégulation qui produit des altérations de l’état de santé des personnes.

Perdre l’équilibre entre les deux capteurs n’est pas facile, mais quand cela se produit apparaît :

  • Cancers et maladies neurodégénératives dus à une croissance cellulaire incontrôlée et à une excitotoxicité ;
  • Maladies métaboliques telles que le diabète de type II ou l’obésité ;
  • Maladies inflammatoires telles que la polyarthrite rhumatoïde et les maladies auto-immunes.

Dérégulation de l'équilibre AMPKMTOR

Figure IV. Mécanisme par lequel la dérégulation de l’équilibre AMPK / mTOR conduit à l’apparition, au développement et à la résistance de tumeurs.

Et bien nous voilà maintenant, penchés sur des questions comme :

  • « Combien d’heures dois-je jeûner pour bloquer complètement mTOR ? » ; ou
  • « Combien d’heures dois-je manger pour que l’AMPK ne bloque pas mTOR et ne m’empêche pas de grandir ? »

Les choses ne sont pas si simples !

Fonctionnement d’AMPK

AMPK comme nous l’avons déjà dit se compose de 3 sous-unités :

  • alpha : est activé par l’activation préalable des kinases qui « précèdent ».

Imaginez une cascade, la signalisation intracellulaire fonctionne comme ceci : des protéines ou des facteurs de transcription sont activés qui en activent certains, en bloquent d’autres…

Et ainsi les effets physiologiques apparaissent.

Signalisation

Figure V. Exemple de cascade de signalisation initiée après la consommation de kurozu, resvératrol et restriction calorique, médiée par SIRT1 et AMPK avec les effets physiologiques finaux.

  • beta : C’est un capteur important pour les concentrations de glucose (et de glycogène)
  • gamma : C’est un capteur d’énergie important, sensible au rapport ADP:AMP.

Activation d’AMPK

Activation de l’AMPK par différents mécanismes, entre autres facteurs :

  • Augmente le transport des acides gras vers les mitochondries, favorisant l’oxydation des graisses ;
  • Augmente la translocation du GLUT4 vers la membrane cellulaire, favorisant l’entrée du glucose dans la cellule et une condition hypoglycémique ;
  • Régule l’activation de la PGC-1α, favorise la biogenèse mitochondriale et inhibe un modulateur de la gluconéogenèse hépatique, empêchant la réduction du glucose en glycogène.

Activation AMPK

Figure VI. Activation et fonctions AMPK.

AMPK est une kinase « d’urgence », si elle réduit l’énergie, elle la détecte, et entre en « mode survivant » pour l’obtenir quand même.

Il décompose les structures cellulaires endommagées pour en obtenir de l’énergie; des structures qui doivent être recyclées pour que nous soyons bien organiquement, la fameuse autophagie dont nous parlerons plus tard.

Avec AMPK en tête, vous ne construisez, ne détruisez et ne vous soignez pas.

Fonctionnement de mTORC1

mTOR fait partie de 2 complexes fonctionnels : mTORC1 et MTORC2.

mTORC1 est le plus pertinent pour nous , car c’est celui qui est sensible à nos changements de comportement : comme l’alimentation ou le repos.

mTORC2 répond à l’insuline et aux facteurs de croissance, ce qui, bien qu’il soit vrai qu’ils peuvent être modulés par nous-mêmes, n’est pas si simple.

mTORC2 agit comme un promoteur de la phosphorylation de mTORC1.

Quand mTORC1 est-il activé ?

Face aux concentrations de glucose dans la cellule, en acides aminés, et en général en énergie.

Il est aussi activé lorsque des promoteurs de croissance cellulaire sont détectés (les facteurs de croissance entrent également ici).

mTOR comprend qu’il y a de l’énergie, il y a des réserves, nous pouvons commencer à construire et à dépenser des ressources sans crainte, car nous en avons assez, il le détecte.

Activation mTOR

Figure VII. Activation et fonctions des deux complexes mTOR.

Leucine et mTOR

L’un des sujets les plus discutés est l’activation de mTORC1 par la leucine, qui bien que ce soit une réalité reste encore une vision partielle d’un sujet complexe.

Les acides aminés en général, leur concentration, en particulier la présence de leucine et d’arginine dans la cellule, modulent la sous-unité RAPTOR de mTORC1.

Ils y parviennent grâce à l’activation d’une sous-famille de GTPases appelée Rag, qui interagit de manière unidirectionnelle avec RAPTOR.

Disponibilité d'énergie

Figure VIII. Effets de deux conditions de disponibilité d’énergie sur l’activation de mTOR (in).

Cette interaction conduit à l’activation ou à la désactivation de mTOR et, par conséquent, à la réponse que le corps recevra. Quelle sera la commande : construire ou détruire ?

C’est pourquoi il est important (entre autres) de consommer des protéines pour gagner de la masse musculaire, et des calories !

Nous avons besoin d’un surplus d’énergie pour activer l’un des principaux (mais pas le seul) mécanisme de croissance cellulaire : mTORC1.

mTORC1 est également un modulateur important de la biogenèse ribosomale, c’est-à-dire de la prolifération des organites où se construisent les protéines qui deviendront plus tard une partie de notre tissu musculaire.

Synthèse ribosomale

Figure IX. Synthèse ribosomale de protéines avec ARNm et ARNt.

Quelle est l’interaction entre AMPK et mTOR ?

La relation entre AMPK et mTOR est complexe, et bien qu’elle soit résumée en gros comme : « antagonisme », les mécanismes laissent la porte ouverte à d’éventuelles interactions positives entre les deux facteurs.

De manière générale, la relation entre les deux protéines est la suivante :

Relation biomoléculaire

Figure X. Relation biomoléculaire entre AMPK et mTOR.

Une vue simplifiée mais assez précise du squelette central du chemin.

mTORC1 est activé par l’augmentation de la concentration en acides aminés intracellulaires (via Rag / RAPTOR), par l’augmentation générale de la disponibilité énergétique et par la présence de facteurs de croissance via mTORC2.

L’activation de mTORC1 inhibe 4EBP1, un membre de la famille 4EBP qui à son tour inhibe eIF4E, un initiateur de traduction de protéines.

Il active également la kinase S6, une protéine directement liée à la synthèse des protéines et à la croissance cellulaire.

Effets de mTORC1

Figure XI. Effets de mTORC1 et de l’activation en aval sur la synthèse des protéines musculaires.

mTORC1 est directement inhibé par le blocage de la phosphorylation de RAPTOR par AMPK, ainsi AMPK a un mécanisme direct d’inhibition de mTORC1.

Rheb est le promoteur le plus direct de l’activation de mTORC1, qui est également bloqué directement par un mécanisme indépendant de l’AMPK mais dépendant de la faible disponibilité d’énergie dans la cellule : PRAK.

AMPK active également TSC, deux complexes fonctionnels qui bloquent Rheb, donc AMPK a également des mécanismes indirects pour bloquer mTORC1, TSC est inhibé par l’activation de la voie d’insuline dépendante de PI3K-Akt qui régule également mTORC2, c’est pourquoi ce sous-complexe a la capacité de faire face à l’action d’AMPK sur l’inhibition de mTORC1.

Cascade d'activation

Figure XII. Cascade d’activation IRS-PI3K-AKT lors de l’activation de mTORC1.

Quelle est la relation avec l’autophagie ?

De la même manière, les deux régulent l’ autophagie :

Un processus de dégradation dans lequel des composants cellulaires structurellement ou fonctionnellement endommagés sont « marqués » pour être dégradés (recyclage).

AMPK favorise l’autophagie par l’activation du complexe ULK1, tandis que mTOR l’inhibe en phosphorylant le même complexe dans un autre domaine :

Phosphorylation

Figure XIII. Activation et inactivation de ULK1 par phosphorylation par l’intermédiaire de mTORC1 et AMPK.

Les deux mécanismes régulent le processus d’autophagie, qui à son tour régule des processus tels que le vieillissement, l’apparition de certains types de cancer, les altérations neuroendocriniennes…

Conclusions

Tant qu’ils sont physiologiquement équilibrés, il n’y a pas de problème à craindre.

Pas besoin de jeûner, ni de se restreindre… Ne vous inquiétez pas tant des mécanismes moléculaires sous-jacents à certains effets physiologiques et concentrez-vous sur le maintien d’un mode de vie aussi sain que possible, selon vos objectifs.

Autophagie

Figure XIV. Effets de l’autophagie sur le corps.

Sources bibliographiques

  1. Inoki, K., Kim, J., & Guan, K.-L. (2012). AMPK and mTOR in Cellular Energy Homeostasis and Drug Targets. Annual Review of Pharmacology and Toxicology, 52(1), 381–400.
  2. Jeon, S. M. (2016). Regulation and function of AMPK in physiology and diseases. Experimental & Molecular Medicine, 48(7), e245.
  3. Kim, J., Yang, G., Kim, Y., Kim, J., & Ha, J. (2016). AMPK activators: Mechanisms of action and physiological activities. Experimental and Molecular Medicine, 48(4), e224.
  4. Puertollano, R. (2014). mTOR and lysosome regulation. F1000Prime Reports, 6, 52.
  5. Sancak, Y., Peterson, T. R., Shaul, Y. D., Lindquist, R. A., Thoreen, C. C., Bar-Peled, L., & Sabatini, D. M. (2008). The rag GTPases bind raptor and mediate amino acid signaling to mTORC1. Science, 320(5882), 1496–1501.
  6. Saxton, R. A., & Sabatini, D. M. (2017). mTOR Signaling in Growth, Metabolism, and Disease. Cell, 168(6), 960–976.
  7. Viollet, B., Horman, S., Leclerc, J., Lantier, L., Foretz, M., Billaud, M., … Andreelli, F. (2010). AMPK inhibition in health and disease. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 45(4), 276–295.
  8. Zarogoulidis, P., Lampaki, S., Francis Turner, J., Huang, H., Kakolyris, S., Syrigos, K., & Zarogoulidis, K. (2014). mTOR pathway: A current, up-to-date mini-review. Oncology Letters, 8(6), 2367–2370.

Entrées associées

  • Nous vous disons tout sur le jeûne intermittent et l’autophagie à ce lien.
  • Connaissez-vous les bienfaits de la leucine ? Cliquez sur ce lien.
Évaluation AMPK et mTOR

De quoi il s'agit - 100%

Différences - 100%

Caractéristiques - 100%

Conclusions - 100%

100%

Évaluation HSN: 5 /5
Content Protection by DMCA.com
Au sujet Alfredo Valdés
Alfredo Valdés
Spécialiste en entraînement en physiopathologie métabolique et dans les effets biomoléculaires de l'alimentation et de l'exercice physique, il vous introduira avec ses articles dans le monde complexe du sport et de la nutrition clinique, de manière simple et dans une perspective critique.
Voir Aussi
Qu’est ce que le Volume Maximal Récupérable ?

Le Volume Maximal Récupérable est le point à partir duquel nous dépasserons la capacité de …

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *