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Mécanismes Moléculaires de Régulation de l’Apoptose

Solange Desagher

Projets de recherche

L’apoptose est une forme de mort cellulaire programmée fortement conservée au cours de l’évolution. Elle joue un rôle fondamental dans la morphogenèse, l’homéostasie tissulaire et l’élimination des cellules représentant un danger potentiel pour l’organisme. Par conséquent, des dysfonctionnements de l’apoptose contribuent à de nombreuses maladies humaines. Ainsi, un défaut d'apoptose est impliqué dans les maladies auto-immunes, le cancer et les infections virales, tandis qu'un excès d'apoptose joue un rôle important dans les maladies neurodégénératives, l’infertilité et le SIDA.

1.Contexte scientifique 

La mitochondrie joue un rôle essentiel dans la régulation de l’apoptose. La libération du cytochrome c des mitochondries, contrôlée par les protéines de la famille de Bcl-2, entraîne l’activation des caspases qui sont responsables de la mort cellulaire. Les voies de signalisation contrôlant la survie et la mort cellulaires qui convergent vers la mitochondrie sont encore mal connues. Elles jouent pourtant un rôle crucial dans l'optique thérapeutique de moduler l’apoptose. En effet, dans la plupart des cas, la perméabilisation de la membrane mitochondriale externe constitue un point de non retour, et la mort cellulaire ne peut être empêchée qu’en agissant en amont ou au niveau de la mitochondrie.
Depuis le début des années 90, un nombre croissant d’observations suggère que le système ubiquitine-protéasome joue un rôle important dans la régulation de l’apoptose, en contrôlant l'abondance ou la fonction de nombreuses protéines régulatrices. Des travaux montrent notamment que l’inhibition à court terme du protéasome empêche l’apoptose en amont du point de contrôle mitochondrial dans divers types neuronaux. Ceci suggère que des protéines de survie essentielles doivent être dégradées par le protéasome pour que l’apoptose neuronale puisse être initiée. Cependant, seul un petit nombre de ces protéines ont été identifiées jusqu’à présent et les E3 ubiquitine-ligases responsables de leur dégradation spécifique sont pour la plupart inconnues.
Notre principal objectif est d’identifier de nouveaux mécanismes moléculaires de régulation de l’apoptose en amont du point de contrôle mitochondrial, notamment dans les neurones. Pour cela, nous avons centré notre intérêt sur la famille d’E3 ubiquitine-ligases TRIM.

2.Projet de recherche de l’équipe 

Nous avons identifié l’E3 ubiquitine-ligase TRIM17 dans des cultures primaires de neurones granulaires de cervelet qui constituent l’un des modèles d’apoptose neuronale les mieux caractérisés (Fig. 1). Nous avons montré que TRIM17 est à la fois nécessaire et suffisante pour induire l’apoptose des neurones. En outre, TRIM17 exerce son activité pro-apoptotique en amont de la mitochondrie et cet effet dépend du domaine RING qui lui confère son activité E3 ubiquitine-ligase (Lassot et al. 2010).
Afin de caractériser le mode d’action de TRIM17, nous avons cherché à identifier ses substrats et partenaires par une approche de double-hybride et par hypothèses. Nous avons ainsi montré que, dans les neurones, TRIM17 est une E3 ubiquitine-ligase pour Mcl-1. Cette protéine anti-apoptotique de la famille de Bcl-2 joue un rôle essentiel dans la survie d’une multitude de types cellulaires et contribue à la tumorigenèse et à la résistance à la chimiothérapie d’un grand nombre de cancers. Nos résultats indiquent que la dégradation de Mcl-1 par le protéasome induite par TRIM17 est nécessaire au déclenchement de l’apoptose neuronale (Magiera et al. 2013). En parallèle, nous avons montré que TRIM17 inhibe l’activité des facteurs de transcription NFATc3 et NFATc4 en empêchant leur translocation nucléaire. En outre, NFATc3 favorise l’apoptose neuronale en stimulant l’expression de TRIM17, formant ainsi une boucle de rétroaction négative qui permet un contrôle fin de l’apoptose neuronale (Mojsa et al. 2015).

 

Figure 1 : Culture primaire de neurones granulaires du cervelet en apoptose après privation en facteurs de survie. Microscopie électronique à balayage.

 

Par ailleurs, une série d’études sur d’autres partenaires de TRIM17 nous a permis de découvrir un mode d’action original : TRIM17 peut agir sur le niveau de certaines protéines en inhibant d’autres E3 ubiquitine-ligases de la famille TRIM. Ainsi, nous avons montré que TRIM17 inhibe l’ubiquitination et la dégradation de la protéine anti-apoptotique BCL2A1 induite par TRIM28, en empêchant l’interaction entre l’E3 ubiquitine-ligase TRIM28 et son substrat BCL2A1. Ces mécanismes semblent avoir un effet direct sur la survie des cellules qui dépendent de BCL2A1, car nous avons pu restaurer la sensibilité à l’apoptose d’une lignée de mélanome résistante à la chimiothérapie en surexprimant TRIM28 ou en invalidant TRIM17 (Lionnard et al. 2018). Nous avons identifié un mécanisme similaire pour le facteur de transcription ZSCAN21 : TRIM17 inhibe la dégradation de ZSCAN21 en inhibant l’E3 ubiquitine-ligase TRIM41. Or, ZSCAN21 stimule l’expression de l’α-synucléine, une protéine dont l’abondance joue un rôle crucial dans la maladie de Parkinson en induisant la mort des neurones dopaminergiques de la substance noire. De fait, nous avons identifié des mutations dans les gènes de TRIM41 et ZSCAN21 chez des patients atteints de formes familiales de la maladie de Parkinson. Ces variations génétiques conduisent à une stabilisation de ZSCAN21, suggérant qu’une dérégulation des mécanismes que nous avons identifiés pourrait être impliquée dans la pathogenèse de la maladie de Parkinson, en augmentant l’expression d’α-synucléine (Lassot et al. 2018, Fig. 2).

 

Figure 2 : Modèle de la régulation transcriptionnelle de l’α-synucléine par TRIM17, TRIM41 et ZSCAN21. L’induction de TRIM17 suite à un stress, ou les variations génétiques de TRIM41 ou ZSCAN21, conduisent à une accumulation de ZSCAN21 et à une augmentation de l’expression d’α-synucléine, favorisant ainsi l’apparition de la maladie de Parkinson.

 

Nos travaux actuels se concentrent sur la régulation transcriptionnelle et les mécanismes neurotoxiques de l’α-synucléine. Notre premier objectif est de déterminer l’implication de la voie TRIM17/TRIM41/ZSCAN21 dans la pathogenèse de la maladie de Parkinson dans différents modèles de la maladie. En parallèle, nous cherchons à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels TRIM17 inhibe TRIM41 et augmente ainsi l’expression d’α-synucléine. A terme, ce travail pourrait conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant de normaliser le niveau d’α-synucléine et de protéger ainsi les neurones dopaminergiques de l’apoptose. Enfin, nous développons un nouveau projet visant à mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels l’α-synucléine induit l’apoptose des neurones dopaminergiques, en agissant notamment sur la mitochondrie.

Membres

Team leader

Solange DESAGHER

CRCN

(+33) 04 34 35 96 76

114

Meenakshi BASU

Doctorant

+33 (0)4 34 35 96 76

Irina LASSOT

CRCN

(+33) 04 34 35 96 76

114

Stephan MORA

AI-Recherche

(+33) 04 34 35 96 76

114

Alumni

Chercheurs, ingénieurs et doctorants :

  • Ian Robbins, maître de conférence (2005-2010)
  • Jawida Touhami, ingénieure d’étude (2006-2007)
  • Maria-Magdalena Magiera, post-doctorante (2006-2008)
  • Barbara Mojsa, doctorante et post-doctorante (2010-2015)
  • Marta Montori-Grau, post-doctorante (2012-2013)
  • Jérôme Kucharczak, maître de conférences (2014-2018)
  • Loïc Lionnard, doctorant (2014-2018)
  •  Maria-Alessandra Damiano, ingénieure de recherches (2016-2018)
  •  Anne-Sophie Dumé, ingénieure d’études (2017)
     

 

Stagiaires :

  • Tatiana Muñoz (2006)
  • Rita Rahmeh (2006-2007)
  • Fanny Jaudon (2007-2008)
  • Maud Flacelière (2008)
  • Yves Kreil (2009-2010)
  • Jessica Varilh (2010)
  • Cecilia Marelli (2010-2011)
  • Barbara Zieba (2011-2012)
  • Monika Roszkowska (2012)
  • Emmanuelle Coque (2012)
  • Jozef Piotr Bossowski (2013)
  • Marine Rius (2014)
  • Karolina Łuczkowska (2014)
  • Francesca Guardia (2015)
  • Romain Marcellin (2016)
  • Valentin Mauran (2017)
  • Pauline Duc (2016-2017)
  • Caroline Soulet (2018)

Sélection de publications

Toutes les équipe de recherche

Mots-clés
Model organism studied
Cellules LUHMES, lignées cellulaires humaines et murines, cultures primaires de neurons murins
Biological process
Neurodégénérescence, apoptose, système ubiquitine-protéasome, SUMOylation, regulation transcriptionnelle…
Biological techniques
Biologie cellulaire, biologie moléculaire, biochimie, CRISPR/Cas9, vecteurs lentiviraux…