Blanc SVSE 2 - Blanc - SVSE 2 - Biologie cellulaire et biologie du développement

Impact de la phosphorylation du facteur d’initiation de traduction eIF2-a pendant l'exposition au stress – STRESSOR

Régulation de la synthèse protéique pendant le stress une cible thérapeutique?

Nous étudions les mécanismes de régulation de la synthèse protéique en réponse au stress, dans des modèles de l’immunité, de la régulation métabolique et de la chimiothérapie anti-cancéreuse pour trouver de nouvelles solutions thérapeutiques.

Comprendre les principes régulant la réponse au stress, pour pouvoir les manipuler pharmacologiquement.

L'une des caractéristiques les plus marquantes de la réponse au stress cellulaire est la phosphorylation de la sous-unité alpha du facteur d'initiation de la traduction eucaryote 2 (eIF2-a). Cette phosphorylation a un impact important sur de nombreuses fonctions cellulaires, principalement sur la synthèse des protéines, mais aussi sur l'expression des gènes, le trafic membranaire, l’autophagie et l’apoptose. Toutefois, en fonction du type de cellules étudiées, les facteurs de stress et la phosphorylation d’eIF2-a peuvent induire spécifiquement différentes fractions d'un programme d'expression génique global, qui ne sont pas toujours équivalentes et peuvent aboutir à des conséquences physiologiques complètement différentes. Ces différents programmes transcriptionnels sont connus collectivement comme la réponse intégrée au stress (ISR). Le consortium de laboratoires menant ce projet de recherche appelé « STRESSOR », a démontré l'importance de la phosphorylation d’eIF2-a pour le développement et l'immunogénicité des tumeurs, la production de cytokines pendant la réponse inflammatoire ou encore la capacité des cellules de mammifères de répondre à des carences en acides aminés. Notre objectif commun a été de définir les caractéristiques moléculaires et les spécificités de la réponse intégrée au stress induit par divers agents chimio-thérapeutiques, des stimuli microbiens ou un dérèglement physiologique et de tester l’impact d’agents pharmacologiques interférant avec l’ISR dans plusieurs modèles physiopathologiques.

Nous nous sommes focalisés sur la dissection d’une boucle de contrôle négatif de l’ISR permettant d'empêcher la mort cellulaire au cours du stress. En effet l'expression induite de GADD34 qui forme un complexe fonctionnel avec la protéine phosphatase 1 (PP1) provoque la déphosphorylation d’eIF2-a et permet ainsi de rétablir la synthèse des protéines pendant l’exposition au stress. Nous avons donc testé l'utilisation d’inhibiteurs spécifiques de GADD34, qui perturbent de façon compétitive l'interaction entre PP1 et GADD34 dans différentes conditions expérimentales et dans plusieurs modèles de chimiothérapies ou de pathologiques inflammatoires. Chacune des équipes du consortium a développé une gamme de compétences techniques et des outils expérimentaux uniques qui sont d'une grande importance pour l'étude des voies biochimiques contrôlant la phosphorylation d’eIF2-a in vitro et in vivo, et permettront ainsi de comprendre les mécanismes fondamentaux de l’ISR et de tester des stratégies thérapeutiques innovantes notamment pour l’immunothérapie du cancer.

i) Nous avons développé avec succès une nouvelle souris transgénique avec un système rapporteur de l’expression d’ATF4 et de phosphorylation d’eIF2-a du stress (Chavroux et al. Science Signaling 2015).
ii) Nous avons établi un nouveau modèle démontrant l’existence d’ondulation de la synthèse protéique pendant l’infection ou le stress et confirmé le rôle incontournable de GADD34 dans ce phénomène et pour la production de cytokines (Dalet et al. EMBO. J, 2017).
iii) Le potentiel de l’inhibition pharmacologique pour le contrôle l’inflammation a été démontré in vitro et in vivo dans des modèles inflammatoires pathologiques de souris (Perego et al., Science Signaling in revision).
iv) L’importance de l’induction du stress réticulaire et de l’autophagie pour augmenter l’efficacité des chimiothérapies a été démontrée.

Nos découvertes ont des implications sur le design de thérapie anti-inflammatoires et la mise au point de traitements anti-tumoraux.

1. Protein synthesis inhibition and GADD34 control IFN-beta heterogeneous expression in response to dsRNA. Dalet A., Argüello R.J., Combes L., Spinelli L., Jaeger S., Fallet M., Vu Manh T-P, Andreia Mendes A., Perego J., Reverendo M., Camosseto V., Dalod M., Weil T., Santos M. A. S. Gatti E. and Pierre P. EMBO J. 2017 e201695000. doi: 10.15252/embj.201695000
2. GCN2 contributes to mTORC1 inhibition by leucine deprivation through an ATF4 independent mechanism. Averous J, Lambert-Langlais S, Mesclon F, Carraro V, Parry L, Jousse C, Bruhat A, Maurin AC, Pierre P, Proud CG, Fafournoux P. Sci Rep. 2016 Jun 14;6:27698. doi: 10.1038/srep27698.
3. Unfolded protein response gene GADD34 is overexpressed in rheumatoid arthritis and related to the presence of circulating anti-citrullinated protein antibodies. Clavarino G, Adriouach S, Quesada JL, Clay M, Chevreau M, Trocmé C, Grange L, Gaudin P, Gatti E, Pierre P, Cesbron JY, Dumestre-Pérard C. Autoimmunity. 2016 Feb 1:1-
4. In vivo imaging of the spatiotemporal activity of the eIF2a-ATF4 signaling pathway: Insights into stress and related disorders. Chaveroux C, Carraro V, Canaple L, Averous J, Maurin AC, Jousse C, Muranishi Y, Parry L, Mesclon F, Gatti E, Mallet J, Ravassard P, Pierre P, Fafournoux P, Bruhat A. Sci Signal. 2015 Apr 28;8(374):rs5. doi: 10.1126/scisignal.aaa0549.
5. Kepp O, Menger L, Vacchelli E, Locher C, Adjemian S, Yamazaki T, Martins I, Sukkurwala AQ, Michaud M, Senovilla L, Galluzzi L, Kroemer G, Zitvogel L. Crosstalk between ER stress and immunogenic cell death. Cytokine Growth Factor Rev. 2013 Aug;24(4):311-8.
6. Niso-Santano M, Shen S, Adjemian S, Malik SA, Mariño G, Lachkar S, Senovilla L, Kepp O, Galluzzi L, Maiuri MC, Kroemer G. Direct interaction between STAT3 and EIF2AK2 controls fatty acid-induced autophagy. Autophagy. 2013 Mar;9(3):415-7

L'une des caractéristiques les plus marquantes de la réponse au stress cellulaire est la phosphorylation de la sous-unité alpha du facteur d'initiation de la traduction eucaryote 2 (eIF2-a). Cette phosphorylation impacte sur de nombreuses fonctions cellulaires, comme la synthèse des protéines, l'expression des gènes, le trafic membranaire, l’autophagie et l’apoptose. Toutefois, en fonction type de cellules étudiées, les facteurs de stress et la phosphorylation d’eIF2-a peuvent induire spécifiquement différentes fractions d'un programme d'expression génique global, qui ne sont pas toujours équivalentes et peuvent aboutir à des résultats physiologiques complètement différents. Ces différents programmes transcriptionnels sont connus collectivement comme la réponse intégrée au stress (ISR). Le consortium de recherche assemblé pour mener à bien ce projet a une grande expertise dans les voies de stress aboutissant à la phosphorylation d’eIF2-a. Chaque laboratoire a démontré individuellement l'importance de la phosphorylation d’eIF2-a au cours d’études aussi variées que l'impact des agents anticancéreux sur l'immunogénicité des tumeurs, la production de cytokines lors de la détection d'agents pathogènes par les cellules immunitaires innées ou le capacité des cellules de mammifères de répondre à des carences en acides aminés. Bien que ces résultats aient été obtenus de façon indépendante, ils ont tous reliés et soulèvent d'importantes questions globales sur le rôle de la phosphorylation d’eIF2-a et de la régulation de l’ISR dans l'initiation de l’autophagie, la mort cellulaire et la réponse immunitaire. En conséquence, notre objectif commun est de définir les caractéristiques moléculaires et les spécificités de la réponse intégrée au stress induit par divers agents chimiothérapeutiques, des stimuli microbiens ou un dérèglement physiologique. En particulier, nous devons établir comment la synthèse des protéines, l’autophagie, et l'ISR sont co-régulées en réponse au stress et comment ces importantes fonctions biochimiques peuvent être manipulées, grâce à l'identification de nouvelles cibles moléculaires. Nous étudierons l'importance de l’ISR au cours de l'infection et le développement des tumeurs ainsi que durant leurs traitements, en nous focalisant sur la dissection d’une boucle de contrôle négatif de l’ISR permettant d'empêcher la mort cellulaire au cours du stress. En effet l'expression induite de GADD34 qui forme un complexe fonctionnel avec la protéine phosphatase 1 (PP1) provoque la déphosphorylation d’eIF2-a et permet ainsi de rétablir la synthèse des protéines pendant l’exposition au stress. Notre étude sera particulièrement centrée sur l'utilisation d’inhibiteurs spécifiques de GADD34, qui perturbent de façon compétitive l'interaction entre PP1 et GADD34. Ces inhibiteurs seront testés dans différentes conditions expérimentales et dans les modèles murins de différentes pathologies pour tester l’importance de cette boucle de contrôle négatif pendant la réponse à differents agents et produits stressant. Chacune des équipes du consortium a développé une gamme de compétences techniques et des outils expérimentaux uniques qui seront d'une grande importance pour l'étude des voies biochimiques contrôlant la phosphorylation d’eIF2-a in vitro et in vivo, et permettront ainsi de comprendre les mécanismes fondamentaux de l’ISR et de tester des stratégies thérapeutiques innovantes.

Coordinateur du projet

Monsieur Philippe Pierre (U1104) – pierre@ciml.univ-mrs.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INRA - UNH Unité de Nutrition Humaine - UMR 1019
INSERM DR PARIS 6 INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DR PARIS 6
INSERM - CIML U1104

Aide de l'ANR 300 000 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2013 - 36 Mois

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