LABORATOIRE DE GENETIQUE ET BIOLOGIE CELLULAIRE

De nombreuses pathologies humaines incluant les maladies neurodégénératives sont caractérisées par des dysfonctionnements mitochondriaux. Hormis son rôle bien connu dans le métabolisme énergétique, la mitochondrie est également un organite central dans le métabolisme du fer, constituant le siège de la biogenèse de l’hème et des centres fer-soufre, deux co-facteurs essentiels pour de nombreux processus cellulaires. Le fer est un élément vital pour les cellules mais qui devient toxique lorsqu’il s’accumule car il génère un fort stress oxydant causant la mort cellulaire par un mécanisme appelé ferroptose. L’étude de ce type de mort cellulaire constitue actuellement un champ de recherche très dynamique, porteur d’espoir pour le traitement des cancers et des maladies neurodégénératives. Le projet FeMiSid vise à mieux comprendre le rôle des sidéroflexines (SFXN) dans la régulation du métabolisme du fer. Les SFXN forment une famille de transporteurs mitochondriaux, dont les fonctions restent mal comprises. Bien que les SFXN soient peu étudiées et caractérisées, leur conservation chez les eucaryotes laisse entrevoir une fonction essentielle au niveau de la mitochondrie. Cette hypothèse est confortée par la mise en évidence de mutations perte de fonction de SFXN4 responsables du syndrome COXPD18, une maladie mitochondriale rare. Des études récentes rapportent que les SFXN régulent le métabolisme du fer mais les mécanismes moléculaires impliqués restent à élucider. Nous nous intéressons plus particulièrement à SFXN1, décrite récemment comme le transporteur mitochondrial de la sérine, la reliant au métabolisme des radicaux monocarbonés, dont la perturbation favorise l’hyper-prolifération des cellules cancéreuses et peut affecter la physiologie neuronale. Tandis que des dérégulations de SFXN1 et SFXN3 ont été associées aux maladies d’Alzheimer et de Parkinson, leurs rôles dans la physiologie neuronale et les maladies neurodégénératives restent à prouver. Sachant que les activités mitochondriales sont perturbées lors de la neurodégénérescence et qu’une accumulation de fer et la mort des neurones par ferroptose ont été observées dans certaines maladies neurodégénératives, les objectifs principaux de ce projet sont de comprendre le rôle de SFXN1 dans : 1) la régulation du métabolisme du fer ; 2) la modulation de la biosynthèse de l’hème et des complexes fer-soufre ; 3) la réponse à un stress oxydant et à la mise en place de la ferroptose ; 3) la physiologie neuronale et la neurodégénérescence. Pour mener à bien ce programme, un consortium d’experts de la physiologie mitochondriale a été formé, ce qui a déjà permis de générer des outils et des résultats préliminaires à l’aide de modèles cellulaires (cellules humaines et de levures) et d’organismes modèles (drosophile et rongeurs), donnant des fondations solides au projet FeMiSid. Ce projet exploitera ainsi simultanément ces différents modèles, tirant parti de la moindre complexité génique de la levure et de la drosophile (possédant respectivement un et deux gènes SFXN) et de l’existence de modèles d’étude des maladies neurodégénératives chez la drosophile et les rongeurs. Basé sur une méthodologie ambitieuse ciblant les niveaux moléculaires, cellulaires et jusqu’à l’organisme entier et exploitant quatres modèles complémentaires (levure, drosophile, rongeurs, cellules humaines), le projet FeMiSid devrait permettre des avancées majeures sur le rôle physiopathologique des mitochondries. Les résultats escomptés de FeMiSid auront des retombées dans plusieurs domaines scientifiques, compte-tenu de la diversité des pathologies humaines associées à des altérations mitochondriales. En particulier, ce programme pourra permettre de progresser dans notre compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans les maladies d’Alzheimer et de Parkinson et d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques pour ces maladies qui représentent actuellement un enjeu majeur de santé publique.

Les Spondyloarthrites (SpA) sont des maladies inflammatoires chroniques articulaires conduisant à une ankylose osseuse. L’antigène HLA-B27 du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I est le principal facteur génétique associé aux SpA. Il se lie à la ß2-microglobuline humaine (hß2m) pour présenter des peptides antigéniques aux cellules T CD8 +. Malgré 46 ans d’études, le mécanisme par lequel HLA-B27 prédispose aux SpA reste incompris. Certaines hypothèses spéculent sur la présentation de peptides particuliers aux cellules T CD8 +, d’autres sur des fonctions non-canoniques de HLA-B27. Les partenaires 1 et 2 ont produit des drosophiles transgéniques exprimant HLA-B27 en association avec hß2m ; ce modèle animal simple pouvant faciliter l'identification d'effets non-canoniques d’HLA-B27. Les drosophiles qui co-expriment hß2m et l'allèle HLA-B27 associé aux SpA - mais pas l’allèle témoin HLA-B7 non-associé - montrent un phénotype d’ailes ainsi qu'un adressage de HLA-B27 bien replié à la surface cellulaire. Le partenaire 1 a montré que ce phénotype était dû à une perturbation de la signalisation médiée par la superfamille TGFß et en particulier par les BMP. Chez la drosophile, HLAB27/hß2m lie et réprime un des récepteurs de type 1 (BMPR1), Sax, induisant une augmentation de signalisation BMP. Les partenaires 1 & 2 ont montré que cette interaction était conservée avec l’orthologue humain ALK2 à la surface des cellules immunitaires de patients atteints de SpA. L’hypothèse d’une voie BMP altérée chez les patients atteints de SpA est aussi cohérente avec des données de la littérature et produites par le partenaires 2 montrant une dérégulation des ligands ou effecteurs de la voie BMP, dans les cellules dendritiques de rat transgénique HLA-B27 ou dans le sérum des patients. Le rôle pathogène de HLA-B27 dans les SpA pourrait donc résulter d’une dérégulation de la signalisation TGFß/BMP, au carrefour entre l’inflammation et l’ossification. La superfamille TGFß contient également des régulateurs clés de l’homéostasie intestinale. Les SpA sont fréquemment associées à une maladie in?ammatoire intestinale et les liens mécanistiques entre HLA-B27 et ces maladies qui estent inconnus pourraient résulter d’une dérégulation de la signalisation BMP dans les cellules immunitaires ou intestinales. Chez la drosophile, lors d’une infection, les BMP régulent l’adhérence et la prolifération des hémocytes (macrophages). De plus, les hémocytes sécrètent une BMP qui permet la régénération intestinale. Le partenaire 1 a montré que l’expression d’HLA-B*27:05 dans les hémocytes induisait spécifiquement une diminution de la longévité des mouches. Nous faisons l’hypothèse qu’une perte d’homéostasie intestinale, consécutive à une dérégulation de la voie BMP par HLA-B27 dans les hémocytes serait à l’origine de cette létalité. Ce projet sera réalisé par un Consortium déjà engagé dans une collaboration. Notre objectif est de comprendre la dérégulation de la voie TGFß/BMP induite par le HLA B27. La Tâche 1 sera d’identifier les récepteurs de la superfamille TGFß qui interagissent avec HLA-B27 et de caractériser leurs effets chez la drosophile et sur les cellules de patients atteints de SpA. La Tâche 2 vise à caractériser le peptidome associé à l'HLA-B27 chez la drosophile et à le comparer à celui du rat et de l’Homme afin d’identifier des peptides spécifiques du caractère pathogène de la molécule. La Tâche 3 vise à caractériser le rôle d’HLA-B27 sur les hémocytes et l’homéostasie intestinale. HLA-B27 sera exprimé dans les hémocytes ou les cellules intestinales de drosophile pour étudier son impact sur la régénération intestinale. La drosophile est un nouveau modèle permettant d’étudier les effets non-canoniques de HLA-B27. Il est complémentaire du modèle de rat transgénique et des cellules des patients également utilisés par le consortium. Les résultats de ce projet pourraient avoir des retombées thérapeutiques importantes pour les patients atteints de SpA.