Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Réticulm endoplasmique“

Les stéatopathies métaboliques sont des pathologies en pleine expansion car très associées à l’obésité. Elles englobent un éventail de troubles hépatiques allant de la stéatose à la stéatohépatite non alcoolique (NASH) pouvant conduire à la cirrhose et au carcinome hépatocellulaire (CHC). Le stress du réticulum endoplasmique (RE), à travers l’activation de la voie UPR (Unfolded Protein Response), a été largement impliqué dans le développement et la progression de ces maladies métaboliques hépatiques. Alors que l’activation transitoire de la voie UPR fait partie intégrante de la physiologie hépatique, son activation chronique contribue à la stimulation de voies métaboliques et cellulaires (synthèse des lipides, inflammation, apoptose) qui sont déterminantes dans la progression vers des stades sévères. Le but de cette revue est de décrire comment la voie UPR participe au passage d’un foie sain à un foie malade au cours de l’obésité et d’analyser les perspectives thérapeutiques liées à la manipulation pharmacologique de cette voie.

Le gène RYR1 (Ryanodine-Receptor-1) code pour une protéine-clé dans le processus de couplage excitation-contraction de la fibre musculaire. Ce récepteur est le principal canal de libération du calcium à partir du réticulum endoplasmique [1]. Un certain nombre de phénotypes cliniques sont imputables aux mutations de ce gène de grande taille comme rappelé dans la liste établie par ORPHANET (voir Encadré). Nous décrivons, dans ce travail, deux phénotypes distincts, et trompeurs à certains égards, en rapport avec des mutations de ce gène.

L’étude de l’organisation structurale et fonctionnelle des cellules eucaryotes a révélé les compartiments membranaires ainsi que la machinerie nécessaires au trafic vésiculaire des protéines. La plupart des protéines essentielles à la communication intercellulaire contiennent une séquence signal leur permettant d’être incorporées dans la voie de sécrétion conventionnelle, par laquelle les protéines sont transportées séquentiellement dans le réticulum endoplasmique (RE) puis l’appareil de Golgi. Cependant, les cellules eucaryotes sont également dotées de voies de sécrétion alternatives ou voies de sécrétion non conventionnelles, qui mettent en jeu de nombreux acteurs susceptibles de détourner certains compartiments de leurs fonctions principales au profit de fonctions sécrétoires.

Les cellules eucaryotes sont par définition composées de différents compartiments qui assurent chacun des fonctions spécifiques. Cette spécificité est la conséquence des différences dans les compositions en protéines et en lipides de ces compartiments. Les lipides ne constituent pas seulement une barrière physique entre les compartiments, jouant également un rôle clé dans de nombreux mécanismes. Les lipides permettent notamment l’organisation des protéines insérées dans les membranes, pouvant ainsi favoriser le regroupement de ces protéines dans des zones restreintes. Ces domaines lipidiques ont été largement décrit à la membrane plasmique, à l’inverse des membranes intracellulaires. Pourtant la capacité des lipides à former des domaines au sein des membranes est exploitée lors du transport intracellulaire des protéines à ancre glycosylphosphatidylinositol (GPI). Ces protéines ont la particularité d’être ancrées à la membrane via leur ancrage au GPI, un phospholipide conjugué à des sucres. Dans les cellules polarisées, il a été montré qu’avant leur export vers la membrane plasmique, les protéines à ancre GPI sont accumulées dans des domaines lipidiques rigides présents dans l’appareil de Golgi. Ce regroupement permet l’adressage de protéines vers le bon pôle de la cellule. Ce mécanisme met en évidence le rôle de domaine lipidiques au sein des membranes intracellulaire, mais l’étude de tels domaines restent complexes, notamment du fait de la difficulté à marquer et suivre les lipides. Bien que des sondes lipidiques existent, elles partagent des inconvénients. La plupart des sondes reposent sur la liaison d’une molécule fluorescente à des lipides, soit en ciblant les groupements polaires exposés à la surface des membranes soit en interagissant directement avec le cœur hydrophobe des membranes. Les premières ne peuvent ainsi cibler que les lipides porteurs d’un groupement spécifique, tandis que les secondes impliquent l’insertion de lipides ectopiques dans les membranes, modifiant ainsi leur propriété. De plus, les sondes hydrophobes sont également soumises à la diffusion des lipides et sont ainsi transportées à travers la cellule, ne permettant donc pas d’étudier les lipides dans un compartiment spécifique. Au cours de ce projet nous avons mis au point un senseur capable de suivre la dynamique des lipides au sein de membranes du réticulum. Grâce au système RUSH (Retention Using Selective Hooks) qui permettant la synchronisation du transport de protéines, nous avons retenu des protéines ancres GPI dans les RE. Ce senseur, nous a permis de suivre dans le RE non seulement des protéines à ancre GPI mais également les lipides auquel ces protéines sont ancrées. Nous avons ainsi étudié l’effet d’une augmentation de la rigidité des membranes sur les membranes du RE. En réponse à une augmentation de la saturation des membranes, nous avons observé la formation de domaines contenant les GPI dans le RE uniquement. Cet effet est potentialisé par une diminution de la température, qui induit également une diminution de la rigidité. Nous avons pu caractériser ces domaines, montrant qu’ils restaient connectés au reste du RE, mais qu’aucune diffusion n’était possible au sein de ces domaines. Etonnement, l’apparition de ces domaines ne perturbent ni l’organisation, ni les fonctions du RE, laissant penser que ces domaines pourraient constituer une réponse permettant de préserver la fluidité des membranes du RE en réponse à une augmentation de la rigidité
By definition, eukaryotic cells are made up of different compartments, each with its own specific functions. This specificity is the result of differences in the protein and lipid compositions of these compartments. Lipids not only act as a physical barrier between compartments, they also play a key role in numerous mechanisms. In particular, lipids enable the organization of proteins inserted in membranes, and can thus promote the clustering of these proteins in restricted areas. In contrast to intracellular membranes, lipid domains have been widely described at the plasma membrane. Yet the ability of lipids to form domains within membranes is exploited during intracellular transport of glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored proteins. These proteins have the particularity of being attached to membranes via their anchoring to GPI, a phospholipid conjugated to sugars. In polarized cells, it has been shown that prior to export to plasma membrane, GPI-anchored proteins are accumulated in rigid lipid domains in the Golgi apparatus. This partitioning enables GPI-anchored proteins to be addressed to the right pole of the cell. This mechanism highlights the role of lipid domains within intracellular membranes, but the study of such domains remains complex, notably because of the difficulty of labelling and tracking the lipids. Although lipid probes do exist, they share a number of drawbacks. Most probes rely on the binding of a fluorescent molecule to lipids, either by targeting polar groups exposed on the membrane surface or by interacting directly with the hydrophobic core of the membrane. The former can only target lipids carrying a specific group, while the latter involve the insertion of ectopic lipids into membranes, thereby modifying their properties. Moreover, hydrophobic probes are also subject to lipid diffusion and are thus transported throughout the cell, preventing the study of lipids in a specific compartment. In this project, we developed a sensor capable of tracking lipid dynamics within ER membranes. Using the RUSH (Retention Using Selective Hooks) system developed to synchronize protein transport, we retained GPI-anchored proteins in the ER. This sensor enabled us to track in the ER not only GPI-anchored proteins, but also the lipids to which these proteins are anchored. We thus studied the effect of increasing membrane stiffness on ER membranes. In response to increased membrane saturation, we observed the formation of GPI-containing domains in the ER only. This effect is potentiated by a decrease in temperature, which also induces a decrease in stiffness. We were able to characterize these domains, showing that they remain connected to the rest of the ER, but that no diffusion is possible within them. Surprisingly, the appearance of these domains did not disrupt the organization or function of the ER, suggesting that they may represent a response to increased stiffness that preserves the fluidity of ER membranes

Les signalisations oncogéniques induisent une consommation accrue de glucose qui n'est que partiellement satisfaite par le microenvironnement. Pour s'adapter et survivre à ce stress métabolique, les cellules malignes mettent en jeu des mécanismes qui restent mal compris. Nos travaux montrent que cette limitation en glucose a pour principale conséquence de déclencher une apoptose via la voie de signalisation PERK-CHOP de la réponse à un stress du réticulum endoplasmique (SRE), nommée Unfolded Protein Response (UPR). Nous avons découvert que le RE est capable de sentir la carence en glucose via la diminution de la disponibilité en UDP Nacétylglucosamine produit par la voie des hexosamines. La délétion du facteur pro-Apoptotique CHOP dans un modèle de cancer spontané du poumon induit par KrasG12V chez la souris augmente l'incidence tumorale, confirmant que le SRE constitue un mécanisme cellulaire de sauvegarde anti-Tumoral. Nous montrons également que le franchissement de cette barrière implique l'atténuation sélective de la voie PERK-CHOP par la protéine chaperon p58IPK, qui permet aux cellules de bénéficier en retour des effets protecteurs des autres voies d'un UPR devenu chronique. Ces résultats révèlent une dualité fonctionnelle pour le stress du RE dans la tumorigenèse contrôlée, au moins pour partie, par la protéine p58IPK
During carcinogenesis, oncogene activation induces high glucose avidity that outstrips the microenvironment supply until angiogenesis occurs. How malignant cells cope with this potentially lethal metabolic stress remains poorly understood. We found that oncogene-Driven glucose shortage triggers apoptosis through the PERK-CHOP pathway of the endoplasmic reticulum (ER) unfolded protein response (UPR). Deletion of the pro-Apoptotic UPR effector CHOP in a mouse model of KrasG12V induced lung cancer increases tumour incidence, strongly supporting the notion that ER stress serves as a barrier to malignancy. Overcoming this barrier requires the selective attenuation of the PERK-CHOP arm of the UPR by the molecular chaperone p58IPK. Furthermore, p58IPK-Mediated adaptive response enables cells to benefit from the protective features of chronic UPR. Altogether, these results show that ER stress activation and p58IPK expression control the fate of malignant cells facing glucose shortage

L'autophagie est un processus de dégradation bien conservé chez les eucaryotes. Ce processus de recyclage peut être très sélectif. L'homéostasie du réticulum endoplasmique (ER) est nécessaire au maintien de ses différentes fonctions biologiques. Le RE est un réseau contigu de feuillets et de tubules interconnectés formant des domaines distincts répartis de l'enveloppe nucléaire à la membrane plasmique, comprenant le RE périnucléaire et périphérique. Plusieurs protéines jouent un rôle important dans la formation et l’organisation du réseau de RE, notamment les protéines de la famille des réticulons telle que RTN4/Nogo-A, qui génèrent et maintiennent la structure du tubule. Dans les cellules de mammifère, dans des conditions de stress, les différents domaines du RE sont dégradés par une autophagie sélective (RE-phagie), médiée par des récepteurs réticulon spécifiques tels que FAM134B ou RTN3L. La présence de plusieurs isoformes exprimées par les gènes réticulons peut suggérer un modèle d'expression spatio-temporel spécifique en fonction des besoins de différents types de cellules. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le locus du seul gène de réticulon chez C. elegans, ret-1, et j’ai montré la spécificité d'expression des trois catégories d'isoformes. Les isoformes longues et intermédiaires sont exprimées dans les cellules musculaires et les neurones respectivement, tandis que les isoformes courtes de RET-1 sont ubiquitaires et sont les seules isoformes présentes dans les premiers stades embryonnaires. La déplétion de RET-1 conduit à une structure anormale du RE. J'ai montré que des isoformes courtes sont nécessaires à la mise en place du réseau tubulaire du RE mais ne sont pas impliquées dans la biogenèse des autophagosomes dans les embryons. Mes résultats indiquent que la distribution des autophagosomes dans les cellules des embryons n'est pas aléatoire et étroitement associée au réseau de RE. L’ensemble de mes résultats, associés au fait que seules les isoformes longues de RTN3 interviennent la RE-phagie, suggèrent que des isoformes spécifiques de RET-1 pourraient médier des processus de RE-phagie uniquement dans certains tissus
Autophagy is a degradative process well conserved among eukaryotes. This recycling process can be very selective. Homeostasis of endoplasmic reticulum (ER) ensures the correct biological activity of its distinct domains. The ER is a contiguous network of interconnected sheets and tubules forming distinct domains that spread from nuclear envelope to the cell cortex including perinuclear and peripheral ER. Several proteins play an important role in shaping and organizing the endoplasmic reticulum network, including a reticulon family proteins as RTN4/Nogo-A that generate and maintain tubule structure. In mammalian cell, in stress conditions, the different domains of ER are degraded by a selective autophagy (ER-phagy), mediated by specific reticulon receptors as FAM134B or RTN3L. The presence of multiple isoforms of reticulon may suggest a specific spatio-temporal expression pattern depending on the needs of different cell types. My thesis work consisted in the characterization of the locus of the only reticulon gene in C. elegans, ret-1 and showed the specificity of expression of the three categories of isoforms. The long and intermediate isoforms are expressed in muscle cells and neurons respectively, while the short RET-1 isoforms are ubiquitous and the only isoforms expressed in early embryos. The RET-1 depletion results in abnormal ER shape. I showed that short isoforms are necessary for the establishment of the tubular ER network but are not involved in the biogenesis of autophagosomes in embryos. My results highlight that the distribution of autophagosomes in the cell of the embryos is not random and closely associated with the ER network. All my results, added to the fact that only long isoforms of RTN3 are involved in ER-phagy, suggest that specific RET-1 isoforms could mediate ER-phagy processes only in some tissues

La complexite du mecanisme biosynthetique des collagenes implique de nombreuses modifications post-traductionnelles intra et extracellulaires, comme la production d'hydroxylysine, suivie de sa glycosylation. L'udp-glucose collagene glucosyltransferase catalyse le transfert du glucose a partir de l'udp-glucose sur un residu galactosylhydroxylysyl du collagene. Apres la mise au point d'un fractionnement cellulaire afin d'obtenir des fractions subcellulaires bien individualisees, chacune des fractions a ete caracterisees par analyse biochimique (dosage des enzymes marqueurs) et par analyse morphologique. L'activite collagene glucosyltransferase a ete localisee dans 3 fractions membranaires: appareil de golgi leger, reticulum endoplasmique lisse et rugueux. Dans un deuxieme temps, nous avons compare ces 3 activites enzymatiques afin de voir s'il s'agissait d'un meme enzyme implante dans differents types de membranes ou de 3 enzymes distincts. Nous avons ainsi compare leur comportement lors de la solubilisation par differents detergents et leur environnement phospholipidique. Nous avons ensuite determine le mecanisme d'action et les parametres cinetiques des 3 activites. La purification par des methodes chromatographiques et electrophoretiques a permis la determination des parametres physiques. Les resultats obtenus ne montrent aucune difference importante entre ces 3 enzymes. En revanche, l'udp-glucose collagene glucosyltransferase a ete localisee pour la premiere fois dans une fraction legere de l'appareil de golgi

La progression tumorale repose sur l'acquisition progressive d'anomalies génétiques qui vont conduire à la prolifération dérégulée de ces cellules. Il existe cependant des systèmes de protection contre cette progression tumorale que l'on appelle systèmes de sauvegarde. Ainsi, pour se transformer, la cellule tumorale doit franchir ces barrières anti-tumorales. Les résultats de mon travail de thèse, qui avait pour objectif initial d'identifier les altérations moléculaires précoces de l'oncogenèse, m'ont permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme de sauvegarde anti-tumoral. Pour cette étude, un modèle d'étude in vitro de l'initiation et de la progression tumorale déclenchée par l'oncogène RET développé par notre équipe a été utilisé. Grâce à l'utilisation de ce système, nous avons pu montrer que le Réticulum Endoplasmique (RE) est un senseur efficace de l'altération du métabolisme glucidique déclenchée par les signalisations oncogéniques, et que le stress qu'il subit alors, conduit à l'apoptose. Ce travail a permis de mettre mis en évidence que les cellules malignes qui franchissent cette barrière peuvent alors bénéficier d'un effet pro-tumorale du SRE. Ainsi, les résultats présentés dans ce manuscrit offrent une meilleure compréhension du rôle complexe que joue le SRE dans la cancérogénèse
Carcinogenesis involves not only inactivation of tumourigenesis barriers, but also alterations in energy metabolism to fulfil the synthetic and bioenergetic requirements for fast and uncontrolled growth. Our study supports a model in which the ER acts as a node between altered glucose metabolism and tumourigenesis barriers. This major site in the cell for protein folding and maturation, can sense glucose limitation that results from oncogenic-mediated increased glucose demand, and consequently trigger unfolded protein response-dependent apoptosis. As such, the ER functions as a surveillance mechanism that suppresses the emergence of tumour cells. Overcoming this early barrier involves a specific attenuation of the pro-apoptotic PERK-CHOP branch of the unfolded protein response, a cellular adaptation that in turn may favour malignant progression. These observations bring new insights into the complex role of the unfolded protein response during tumourigenesis

Le stress du Réticulum Endoplasmique (RE) est impliqué dans la physiopathologie des maladies rénales, et la réponse UPR (Unfolded Protein Response), qui est activée en réponse à ce stress, joue un rôle important dans l'homéostasie des cellules tubulaires rénales et des podocytes. L’étude des mécanismes moléculaires et des conséquences de l'activation de cette voie est donc importante dans la compréhension de la physiopathologie des maladies rénales et dans la caractérisation de biomarqueurs de lésions évolutives. L’Angiogénine (ANG, appelée également RNase 5) est une ribonucléase secrétée, qui est impliquée dans la réponse à certains stress cellulaires, et permet une adaptation cellulaire et tissulaire. L'objectif de ce travail a été de mettre en évidence les mécanismes de régulation et les fonctions biologiques de l'ANG en réponse au stress du RE. A partir d'un modèle de cellules tubulaires rénales humaines en culture, nous avons montré que le stress du RE induisait l’expression de l’Angiogénine ainsi que sa sécrétion. Cette observation a été également faite sur différents modèles murins de lésions rénales. Le facteur transcriptionel sXBP1, activé par le transducteur de la réponse UPR, IRE1a, est directement impliqué dans la régulation de l'expression de l'Angiogénine. Nous avons mis en évidence que l'Angiogénine participait à l’inhibition de la traduction protéique en réponse au stress du RE en produisant des fragments d'ARN de transfert appelés tiRNAs (stress-induced tRNA fragments) qui répriment la traduction des protéines en interférant avec le complexe initiateur de la traduction. L'Angiogénine favorise la survie cellulaire en réduisant l'apoptose induite par le stress du RE, et des souris invalidées pour le gène codant l'Angiogénine sont plus sensibles aux lésions de nécrose tubulaire aigues induites par la Tunicamycine. Outre les propriétés cellulaires "intrinsèques" de l'Angiogénine, nous avons également caractérisé les mécanismes de sécrétion de l'Angiogénine par l'épithélium rénal en situation de stress du RE. La sécrétion épithéliale de l'Angiogénine est sous le contrôle des facteurs transcriptionnels NF-κB et sXBP1, et se produit sous un mode conventionnel, c’est-à-dire dépendant du transit par l'appareil de Golgi. A ce titre, la régulation de l'Angiogénine est similaire à celle de l'Interleukine 6. L'Angiogénine induit une polarisation des macrophages vers un phénotype pro-inflammatoire. Enfin, considérant que l'Angiogénine est secrétée par l'épithélium rénal en situation de stress, nous avons montré que l’Angiogénine peut être un marqueur non invasif de souffrance rénale. L'Angiogénine peut être quantifiée dans les urines de patients porteurs de maladies rénales, et sa concentration est corrélée à la concentration urinaire de Retinol Binding Protein (une protéine de petit poids moléculaire, marqueur de dysfonction tubulaire), mais pas avec celle de l'Albumine. En outre, la concentration urinaire d'Angiogénine est significativement plus élevée dans les urines de patients transplantés rénaux dont la biopsie rénale met en évidence des lésions de tubulite (rejet aigu cellulaire et néphropathie associée au BK virus) que dans les urines de patients indemnes de lésions tubulaires (rejet humoral, ou absence de lésions histologiques). Nous avons mis en évidence par immuno-histochimie un marquage nucléaire du facteur transcriptionnel sXBP1 dans les tubules de reins porteurs de lésions de tubulite, suggérant un lien potentiel entre sécrétion d'Angiogénine et activation du facteur transcriptionnel sXBP1 dans un environnement inflammatoire. En conclusion, nous avons intégré la régulation l'Angiogénine dans la réponse épithéliale rénale au stress du RE, et caractérisé ses fonctions biologiques intracellulaires et paracrines. Notre travail a identifié l'Angiogénine urinaire en étant que potentiel marqueur de lésions rénales tubulaires
The Endoplasmic Reticulum (ER) stress is involved in the pathophysiology of renal diseases ; the UPR (Unfolded Protein Response), which is activated in response to that stress plays an important role in renal tubular cells and podocytes homeostasis and consequently in tissu homeostasis. Understanding the molecular mechanisms and the consequences of the activation of this pathway is important to characterize the pathophysiology of renal diseases and identification of biomarkers of ongoing lesions. Angiogenin (ANG, also known as RNase 5) is a secreted ribonuclease, which is involved in the cellular stress response, it allows cell and tissue adaptation. The goal of this work was to clarify and identify the mechanisms regulating Angiogenin’s expression and its biological functions during ER stress. Using a human renal tubular cell line, we have shown that ER stress induces the expression of angiogenin and its secretion. This observation was also made on several murine models of renal injury. The transcriptional factor sXBP1 activated by the UPR transducer, IRE1α, is directly involved in regulating the expression of angiogenin. We have shown that angiogenin participates in the inhibition of protein translation in response to ER stress by cleaving transfer RNA and generating tiRNAs (stress-induced tRNA fragments) that suppress protein translation by interfering with the translation initiation complex. Angiogenin promotes cell survival by reducing ER stress-induced apoptosis, ANG knockout mice are more sensitive to acute tubular necrotic lesions induced by tunicamycin. In addition to the cell-autonomous effects of angiogenin, we also characterized the mechanisms by which Angiogenin is secreted by the renal epithelium under ER stress. Angiogenin is secreted in a conventional manner under the control of the transcriptional factors NF-kB and sXBP1. As such, the regulation of angiogenin is similar to Interleukin-6. We also demonstrated that Angiogenin induces macrophage polarization to a pro-inflammatory phenotype. Finally, considering that angiogenin is secreted by the renal epithelium under stress, we have shown that angiogenin may be a noninvasive marker of kidney injury. Angiogenin can be quantified in the urine of patients with kidney disease, its urinary concentration is correlated to the urinary concentration of Retinol Binding Protein (a low molecular weight protein marker of tubular dysfunction), but not with that of Albumin . In addition, the urinary concentration of angiogenin is significantly higher in the urine of renal transplant patients whose renal biopsy highlights tubulitis lesions (cell acute rejection and BK virus associated nephropathy) than in the urine of patients without histological tubular damage (antibody-mediated rejection, or no visible histological lesions). We have demonstrated by immuno-histochemistry a tubular nuclear localization of the activated transcriptional factor sXBP1 in the biopsies of patients with high tubulitis score, suggesting a potential relationship between the secretion of Angiogenin and the activation of transcriptional factor sXBP1 within an inflammatory environment. To conclude, we have described Angiogenin as a new mediator of the integrated ER stress response, and characterized its cell- and non-cell-autonomous biological functions. Our study have identified urinary angiogenin as a potential marker of ongoing kidney tubular injuries