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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 la défense de l’organisme contre les cellules auto-réactives, infectées ou potentiellement tumorales. Par conséquent, des dysfonctionnements de l’apoptose contribuent à de nombreuses maladies humaines. 

Ainsi, un défaut d'apoptose est souvent 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. Notre principal objectif est d’identifier de nouveaux mécanismes moléculaires de régulation de l’apoptose en relation avec le système ubiquitine-protéasome.

Figure 1
Régulation de la voie mitochondriale d’activation des caspases par le système ubiquitine-protéasome.
 

1.Contexte scientifique 

Pendant les dernières décennies, d’importants progrès ont été faits dans la caractérisation des voies de signalisation contrôlant la survie et la mort cellulaires. De nombreuses études ont également permis d'élucider les mécanismes d'activation de la machinerie apoptotique mitochondriale. En revanche, les mécanismes moléculaires qui font le lien entre ces deux points de contrôle sont mal connus. Ils jouent pourtant un rôle crucial dans l'optique thérapeutique de moduler l’apoptose. Dans la plupart des cas, la perméabilisation de la membrane mitochondriale externe constitue en effet un point de non retour, et la mort cellulaire ne peut être empêchée qu’en agissant en amont ou au niveau de la mitochondrie. Le système ubiquitine-protéasome pourrait constituer un lien entre voies de signalisation et machinerie apoptotique. Ce système permet d’identifier, d’étiqueter et de dégrader sélectivement les protéines cellulaires, notamment des protéines régulatrices à courte durée de vie ou les protéines défectueuses. Les enzymes E3 ubiquitine-ligases confèrent un haut niveau de spécificité à ce système en reconnaissant les protéines cibles et en favorisant le transfert de l'ubiquitine sur certains de leurs résidus lysines. L’ubiquitination des protéines peut avoir diverses conséquences sur leur fonction, leur localisation, leurs interactions avec des partenaires ou leur dégradation par le protéasome. 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, ce qui 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 élimination spécifique sont pour la plupart inconnues.

Figure 2: 
Culture primaire de neurones granulaires du cervelet en apoptose après privation en facteurs de survie. Microscopie électronique à balayage.

2.Projet de recherche de l’équipe 

Nous avons identifié une nouvelle 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. 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. Notre but est à présent de caractériser le mode d’action de TRIM17 en identifiant ses substrats et partenaires. Nous avons montré, dans les neurones, que TRIM17 est une E3 ubiquitine-ligase pour Mcl-1, une protéine anti-apoptotique de la famille de Bcl-2 qui 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 humains. Nous avons aussi caractérisé les relations fonctionnelles entre TRIM17 et des facteurs de transcription NFAT, en montrant notamment que TRIM17 inhibe l’activité de NFATc3 et NFATc4 en empêchant leur translocation nucléaire. Des expériences de GST-pull-down et de double-hybride nous ont permis d’identifier d’autres protéines interagissant avec TRIM17 dont nous caractérisons actuellement la fonction et la régulation. Ces études nous ont permis de mettre en évidence d’autres voies de signalisation contrôlant l’apoptose, en agissant notamment sur la stabilité d’autres protéines de la famille de Bcl-2 et sur la transcription du gène de l’a-synucléine. Le schéma qui émerge de nos données est que TRIM17 agirait principalement en inhibant la fonction d’E3 ubiquitine-ligase d’autres protéines de la famille TRIM. 

A terme, notre travail pourrait conduire à définir de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le traitement de pathologies telles que la maladie de Parkinson ou certains cancers.

Figure 3: 
Cellules LUHMES différentiées en neurones dopaminergiques après traitement au MPP+. Les cellules apoptotiques ont un noyau condensé (DAPI en bleu clair) et expriment de hauts niveaux de la protéine endogène TRIM17 (immunofluorescence en vert).

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 et ingénieurs :

  • 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)
  • Anne-Sophie Dumé, ingénieure d’étude (2017)
  • Loïc Lionnard, doctorant (2014-2018)
  • Jérôme Kucharczak, maître de conférence (2014-2018)

 

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
Lignées cellulaires humaines et murines, cultures primaires de neurons murins
Biological process
Apoptose, système ubiquitine-protéasome, SUMOylation, regulation transcriptionnelle, chmiorésistances, neurodégénérescence
Biological techniques
Biologie cellulaire, biologie moléculaire, biochimie, CRISPR/Cas9, vecteurs lentiviraux…