Elucider le mécanisme de régulation de biosynthèse des clusters Fe-S par le couple Frataxine/Ferredoxine-2 afin de définir de nouvelles cibles thérapeutiques pour l'ataxie de Friedreich – FER-FA

L'ataxie de Friedreich (AF) est une maladie neurodégénérative et cardiaque pour laquelle il n’existe aucun traitement efficace. Elle est causée par un défaut d’expression de la frataxine (FXN), une protéine mitochondriale impliquée dans la biosynthèse des clusters fer-soufre (Fe-S), des cofacteurs protéiques assurant une multitude de fonctions biologiques essentielles. Ils sont synthétisés par la machinerie ISC (Iron Sulfur Cluster) mitochondriale dans laquelle FXN fonctionne comme un activateur cinétique de l'apport en soufre en accélérant le transfert de persulfure (Cys-SSH) entre la cystéine désulfurase NFS1 et la protéine d'échafaudage des clusters ISCU2. Ce persulfure est ensuite clivé en sulfure par la ferredoxine-2 (FDX2). En étudiant la machinerie ISC reconstituée in vitro, nous avons constaté qu'un excès de FXN ou de FDX2 par rapport à NFS1 et ISCU2 ralentit la synthèse des clusters Fe-S, suggérant l’existence d’une régulation mutuelle. Les données structurales disponibles suggèrent que FDX2 et FXN sont en compétition l’une avec l’autre pour la fixation au complexe NFS1-ISCU2. Nous avons également mis en évidence un effet répresseur direct de FDX2 par un mécanisme inconnu. Dans un modèle drosophile de l’AF déficient en FXN, nous avons observé que FDX2 est surexprimé et que son inactivation partielle par ARN interférence améliore la survie. Cela suggère que diminuer le niveau d’expression de FDX2 in vivo diminue ses effets répresseurs et améliore la biosynthèse des clusters Fe-S. FDX2 pourrait donc constituer une nouvelle cible thérapeutique pour l’AF.
Le projet FER-FA a pour objectif d'évaluer ces hypothèses en visant à:
1) Elucider le mécanisme de régulation réciproque par FXN et FDX2 et de répression directe par FDX2 par reconstitution in vitro, tests biochimiques de synthèse de clusters Fe-S et de formation, transfert et réduction de persulfures, ainsi que par l’étude des interactions protéine-protéine par FIDA, ITC et BLI.
2) Réaliser une étude par mutagénèse dirigée des zones d’interactions entre FDX2, FXN et NFS1 afin d’établir les bases structurales des processus de compétition et de répression directe par FDX2.
3) Caractériser les effets protecteurs de l'inactivation de FDX2 in vivo chez la drosophile, notamment en testant l’effet des mutations qui seront identifiées dans l’axe 2
4) Elucider les mécanismes de régulation transcriptionnelle de FDX2, en identifiant les signaux et les régulateurs transcriptionnels et/ou post-transcriptionnels impliqués.
5) Développer des peptides et des mini-protéines artificielles pour moduler l’interaction entre FDX2 et NFS1 afin d’améliorer la synthèse de clusters Fe-S. Ces molécules interférentes agiront soit comme compétiteurs de NFS1 soit comme perturbateur de l’interaction FDX2-NFS1. L’activité de ces biomolécules interférentes sera caractérisée in vitro. Les plus pertinentes seront évaluées dans les modèles drosophile in vivo.
Le projet FER-FA sera conduit par deux équipes complémentaires collaborant depuis plusieurs années: une équipe de biochimiste et de biophysiciens (Paris-Saclay) spécialisée dans l’étude des mécanismes de biosynthèse des clusters Fe-S et une équipe de biologistes cellulaires, généticiens et physiologistes (Paris-Cité) spécialisée dans la construction de modèles drosophile pour l’étude de l’AF.
Ce projet va mettre en lumière les mécanismes de régulation de la biosynthèse des clusters Fe-S qui sont encore très mal compris aujourd’hui, et va permettre d’évaluer la pertinence d’un nouvel axe thérapeutique pour l’AF ciblant FDX2, notamment avec des biomolécules interférentes.