Informations

Limiteurs/bloqueurs PGC-1β Sod2

Limiteurs/bloqueurs PGC-1β Sod2



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

J'aimerais bloquer un pourcentage d'expression de PGC-1β ou Sod2. Selon la figure de l'article suivant, les bêta-bloquants inhibent une certaine expression de PGC-1α. Existe-t-il des médicaments/produits chimiques qui bloquent temporairement et en toute sécurité l'expression de 50 à 60 % de PGC-1β ou de Sod2 chez des souris ou des humains pleinement développés ? Merci

http://jap.physiology.org/content/107/1/8.full

Fig. 1. Interactions des -bloquants et biogenèse mitochondriale. L'exercice aérobie active les récepteurs β2-adrénergiques (β-AR) sur le muscle squelettique et induit la transcription du récepteur-γ coactivateur-1α (PGC-1α) activé par les proliférateurs de peroxysomes, un régulateur de la biogenèse mitochondriale. Les -bloquants sélectifs et non sélectifs peuvent atténuer la signalisation β2-AR, ce qui restreint la réponse attendue de PGC-1α après l'exercice et peut nuire aux adaptations aux mitochondries et à la capacité aérobie. V̇O2max, consommation maximale d'oxygène.


La dexaméthasone peut être utilisée pour réguler la PGC-1β http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20647557


Réponse transcriptomique non linéaire à l'apport en graisses alimentaires dans l'intestin grêle de souris C57BL/6J

Un régime riche en calories, associé à de faibles niveaux d'activité physique, favorise l'obésité. De nombreuses études sont disponibles concernant la relation entre les graisses saturées alimentaires et l'étiologie de l'obésité, mais la plupart se concentrent sur le foie, les muscles et le tissu adipeux blanc. De plus, la majorité des études transcriptomiques cherchent à identifier les effets linéaires d'un stimulus externe sur l'expression des gènes, bien qu'une telle hypothèse ne soit pas nécessairement vraie. Notre travail évalue les effets dose-dépendants de l'apport en graisses alimentaires sur l'expression différentielle des gènes dans les sections proximale, moyenne et distale de l'intestin grêle chez les souris C57BL/6J. L'expression des gènes est analysée en termes de réponses linéaires ou non linéaires à l'apport en graisses.

Résultats

Le plus grand nombre de gènes différentiellement exprimés a été observé dans la section médiane. Dans toutes les sections intestinales, la plupart des processus identifiés ont présenté une réponse linéaire à l'augmentation de l'apport en graisses. L'importance relative des réponses logarithmiques et exponentielles était plus élevée dans les sections proximale et distale, respectivement. L'analyse d'enrichissement fonctionnel a mis en évidence une régulation constamment linéaire de la réponse de phase aiguë le long de l'ensemble de l'intestin grêle, avec une régulation à la hausse de Serpina1b. L'étude de l'expression des gènes a montré qu'une régulation à la baisse exponentielle du transport du cholestérol dans la section médiane est couplée à une régulation à la hausse logarithmique de l'homéostasie du cholestérol. Un passage d'une réponse linéaire à une réponse exponentielle a été observé dans les gènes impliqués dans la régulation négative de l'activité des caspases, de la section médiane à la section distale (par exemple, Birc5, régulé à la hausse).

Conclusion

La signature transcriptomique associée aux processus inflammatoires a préservé une réponse linéaire dans l'ensemble de l'intestin grêle (p. Serpina1b). Les processus liés à l'homéostasie du cholestérol étaient particulièrement actifs dans l'intestin grêle moyen et seuls les apports en graisses les plus élevés ont régulé à la baisse le transport et l'efflux du cholestérol (avec un rôle clé joué par la régulation à la baisse des transporteurs de cassettes de liaison à l'ATP). La caractérisation des modèles non linéaires d'expression génique déclenchés par différents niveaux de graisses alimentaires est une nouveauté absolue dans les études intestinales. Cette approche permet d'identifier quels processus sont surchargés (c'est-à-dire, régulation logarithmique positive) ou arrêtés (c'est-à-dire, régulation négative, exponentielle) en réponse à un apport excessif en graisses, et peut faire la lumière sur les relations liant l'apport lipidique à l'obésité et ses perturbations moléculaires associées. .


Possibilités d'accès

Obtenez un accès complet au journal pendant 1 an

Tous les prix sont des prix NET.
La TVA sera ajoutée plus tard dans la caisse.
Le calcul des taxes sera finalisé lors du paiement.

Obtenez un accès limité ou complet aux articles sur ReadCube.

Tous les prix sont des prix NET.


Fission versus fusion dans le cancer

Le remodelage du réseau mitochondrial dans les cellules est régulé mécaniquement par des produits géniques de fission et de fusion clés liés à la dynamine et a lieu en réponse à l'hypoxie, aux signaux du cycle cellulaire, à l'évolution des demandes d'énergie et à d'autres stress cellulaires (1, 2, 39, 40 , 44�).

La mécanique de la fission et de la fusion

La fusion mitochondriale est favorisée par les interactions homotypiques/hétérotypiques des GTPases liées à la dynamine Mitofusin 1 et Mitofusin 2 au niveau de la membrane mitochondriale externe (OMM) des mitochondries adjacentes et par Opa-1, également une GTPase liée à la dynamine, au niveau de la membrane mitochondriale interne ( IMM) (1, 39, 40, 45). L'inhibition ou la perte de l'une de ces protéines entrave la fusion mitochondriale conduisant à une fragmentation mitochondriale accrue et est associée à une neuropathie clinique dans la maladie de Charcot&# x02013Marie&# x02013Tooth et l'atrophie optique autosomique dominante, soulignant le rôle essentiel joué par la fusion mitochondriale dans l'homéostasie cellulaire, en particulier dans le système nerveux (39, 42).

La fission mitochondriale nécessite le recrutement d'une GTPase différente liée à la dynamine, Drp1 à l'OMM où elle forme des oligomères en forme d'anneau qui pincent les mitochondries en mitochondries fragmentées plus petites (39). La fission est importante avant la mitose pour assurer une distribution uniforme des mitochondries aux cellules filles (47&# x0201349), mais se produit également lorsque les cellules subissent une mitophagie ou une apoptose (2, 40, 44, 50, 51). Le recrutement de Drp1 cytosolique dans les mitochondries pendant la fission est un processus régulé impliquant la modification post-traductionnelle de Drp1 (49, 52�) et son interaction avec des récepteurs putatifs à l'OMM tels que Mitochondrial Fission Factor (Mff), Fis1, MiD49, MiD51 , et éventuellement d'autres protéines avec lesquelles Drp1 interagit (45, 55�). Des travaux récents ont également mis en évidence un rôle du réticulum endoplasmique (RE) intimement associé aux mitochondries, dans la détermination des sites où la fission se produira (60). La constriction des mitochondries aux points de contact avec le RE sont mises en place avant le recrutement de Drp1 aux mitochondries et indépendamment de Mff. Curieusement, la protéine de fusion mitochondriale Mfn2 joue également un rôle dans l'attache des mitochondries au RE, d'une manière requise pour une bonne absorption du calcium par les mitochondries du RE (61). Des criblages chez la levure ont identifié d'autres régulateurs moléculaires putatifs de l'attache mitochondriale au cortex cellulaire et au RE de manière à réguler le positionnement mitochondrial dans les cellules et l'hérédité par les cellules filles (62), mais on ne sait pas si des mécanismes similaires fonctionnent dans les cellules de mammifères.

Changements induits par le stress dans les taux de fission et de fusion

Au-delà de la mécanique réelle de la fission et de la fusion mitochondriales, les voies de signalisation qui régulent ces processus commencent tout juste à apparaître en tant que mécanismes pouvant être perturbés dans le cancer. Ces voies de signalisation répondent à des stress spécifiques et servent à coordonner la dynamique mitochondriale avec d'autres aspects de la physiologie cellulaire. Il a été démontré que les médicaments qui inhibent la synthèse des protéines, y compris les inhibiteurs de mTOR, ainsi que d'autres stress tels que la lumière ultraviolette (UV) favorisent ce qu'on appelle l'hyperfusion mitochondriale induite par le stress qui repose sur des protéines de fusion canoniques (Opa- 1, Mfn1) (46), bien que la manière dont ces voies de signalisation du stress activent la machinerie de fusion ne soit pas claire. L'hyperfusion induite par le stress de ce type favorise la production d'ATP grâce à une phosphorylation oxydative plus efficace (OXPHOS) (63), et inhibe également la mitophagie et prévient l'apoptose (46, 64, 65).

Les conséquences fonctionnelles des taux modifiés de fission ou de fusion pour le métabolisme cellulaire, la cinétique du cycle cellulaire et la viabilité cellulaire sont un travail en cours qui s'appuie sur de nombreux systèmes et approches techniques. Dans Drosophile, Une régulation à la hausse médiée par Yorkie d'Opa-1 et de la fusion mitochondriale était requise pour la prolifération et la tumorigenèse dépendantes de Yorkie/YAP (66). Dans les systèmes de mammifères, la privation de glucose et l'utilisation de galactose comme source alternative de carbone ont entraîné le passage des cellules de la glycolyse à l'OXPHOS, comme prévu, mais ont provoqué de manière significative une augmentation marquée de la fusion mitochondriale et une augmentation concomitante de l'expression des protéines de la chaîne respiratoire et de la densité des crêtes. , sans aucune augmentation de la masse mitochondriale (67).

Conformément au rôle essentiel de la fusion mitochondriale dans la régulation du métabolisme, l'inactivation de la mitofusine 1, de la mitofusine 2 ou de l'opa-1 inhibe le métabolisme oxydatif et la croissance cellulaire (68, 69). Si la fusion favorise la production d'ATP mitochondrial (63), il est raisonnable de postuler que cela est obtenu en augmentant l'efficacité de la chaîne de transport d'électrons (ETC) qui est la clé d'OXPHOS. Ceci peut être réalisé en augmentant le nombre/la densité des complexes ETC grâce à une expression accrue de composants clés, comme cela a été rapporté (67), ou en modifiant la composition de composants spécifiques de la chaîne respiratoire en différents supercomplexes pour maximiser l'utilisation de substrats spécifiques, tels que NADH en présence de glucose versus FAD en présence d'acides gras (70). Des données récentes ont montré que l'assemblage des complexes de la chaîne respiratoire (RCC) en supercomplexes et l'augmentation de l'efficacité respiratoire sont favorisés par la formation de crêtes plus serrées qui dépend de la protéine de fusion, Opa-1 (71). Inversement, la perturbation de la formation des crêtes par knock-out d'Opa-1 chez la souris a favorisé la fragmentation mitochondriale, la dissolution des crêtes et réduit la formation et la respiration de RCC (71). Ainsi, la fusion peut favoriser la respiration par des effets dépendants d'Opa-1 sur la densité des crêtes et la formation de supercomplexes de la chaîne respiratoire. De plus, la fusion peut induire des changements de potentiel de la membrane mitochondriale qui favorisent l'absorption de pyruvate ou d'autres substrats qui alimentent OXPHOS. De toute évidence, une lumière mitochondriale plus continue obtenue par une fusion accrue est susceptible de favoriser une diffusion plus rapide de l'ADP, du NADH, du FADH2, et d'autres métabolites matriciels nécessaires pour conduire un OXPHOS plus efficace. De cette manière, la fusion favoriserait également probablement une augmentation du flux de carbone tout au long du cycle de Krebs, des taux d'oxydation des acides gras plus efficaces et éventuellement une activité accrue d'autres voies métaboliques situées au niveau des mitochondries.

Il a été suggéré que la fusion peut favoriser l'efficacité respiratoire en favorisant la complémentation des mutations de l'ADNmt (51). Bien que cela puisse être le cas dans certains cas, l'incapacité à détecter des mutations homoplasmiques dans les sous-unités codées par l'ADNmt de CO, ND, ATP synthase ou cytochrome b dans les cellules primaires, voire plus largement dans les cellules tumorales, suggère que la complémentation des mutations de l'ADNmt n'est pas le rôle clé de la fusion mitochondriale dans le métabolisme. En effet, il a été démontré qu'une fusion accrue favorise OXPHOS dans des délais très courts (67), indiquant que les effets de la fusion sur le métabolisme oxydatif sont post-traductionnels et ne dépendent pas principalement de la complémentation génique entre les génomes mitochondriaux.

Les effets de la fusion mitochondriale dans la promotion du métabolisme oxydatif au niveau des mitochondries impliquent un rôle contrasté de la fission mitochondriale dans l'inhibition du métabolisme oxydatif, peut-être en diminuant l'absorption de substrat, en perturbant les crêtes et la formation de complexes respiratoires et/ou en limitant la diffusion d'équivalents réducteurs. L'oxygène est le principal accepteur d'électrons du complexe IV de la chaîne respiratoire, et il profite donc à la cellule pour diminuer OXPHOS dans des conditions d'oxygène limitantes (hypoxie) à la fois pour maximiser l'utilisation efficace des plus petites quantités d'oxygène disponible mais aussi pour empêcher la génération de ROS dommageables . L'hypoxie limite OXPHOS de plusieurs manières, mais la promotion de la fission mitochondriale peut être l'un des mécanismes clés. L'hypoxie favorise la fission mitochondriale en modulant l'activité de Drp1 et l'interaction avec Fis1 (72). L'expression induite par l'hypoxie de Siah2, une ubiquitine ligase E3 (73) cible la protéine d'échafaudage mitochondrial, ancrant la protéine 121 (AKAP121) pour la dégradation (72) empêchant ainsi l'inhibition dépendante de la protéine kinase A (PKA) de Drp1. Ces observations, entre autres, sont cohérentes avec un rôle inhibiteur de la fission mitochondriale dans OXPHOS. Une fission accrue liée à une expression dérégulée de Drp1 (augmentée) et Mfn2 (diminuée) a été observée dans les cellules tumorales (74), mais dans quelle mesure cela contribue à l'effet Warburg ou à d'autres aspects de la croissance tumorale reste à déterminer.

Coordination des taux de fusion/fission avec le cycle cellulaire

Plusieurs rapports indiquent qu'une fusion mitochondriale accrue est nécessaire non seulement pour un métabolisme oxydatif efficace (68, 69) mais est nécessaire pour la prolifération et l'entrée en phase S (63). Dans cette dernière étude, la polarisation de la membrane mitochondriale et l'hyperfusion des mitochondries se produisant à la transition G1/S étaient nécessaires pour l'expression de la cycline E (CCNE) et l'entrée en phase S (63). Des études supplémentaires ont également montré que la bioénergétique mitochondriale est liée à la progression du cycle cellulaire (75). Cependant, induire artificiellement une hyperfusion, soit par le biais d'un traitement avec mdivi (un médicament qui inhibe Drp1) (63) ou l'expression de Drp1 négatif dominant (76), a entraîné une induction prématurée d'hyperfusion et une surexpression soutenue de la cycline E à des phases inappropriées du cycle cellulaire. , tels que G2/M (76). Cela s'accompagnait à son tour d'un stress de réplication, de dommages à l'ADN, d'une amplification centrosomique et d'une instabilité chromosomique (63, 76), toutes des caractéristiques connues des cellules surexprimant la cycline E (77). Fait intéressant, alors que la surexpression de la cycline E était nécessaire pour la prolifération et l'instabilité du génome résultant d'une hyperfusion ou d'une fission dysfonctionnelle (63, 76), les facteurs spécifiques produits par l'hyperfusion qui ont entraîné une régulation positive de la cycline E n'ont pas été identifiés. Il a déjà été rapporté qu'une augmentation des ROS module les niveaux de protéines clés du cycle cellulaire, telles que Emi-1 (78), mais ni l'augmentation des ROS mitochondriales ni la production altérée d'ATP (76) n'expliquent la prolifération accrue induite par l'hyperfusion mitochondriale (bien que cela nécessite sans doute une validation supplémentaire) , nous laissant avec la question sans réponse de ce qui motive l'expression de la cycline E dans ces circonstances.

La glycolyse est également régulée par le cycle cellulaire et augmente à la limite de la phase G1/S en partie en raison de la stabilisation de la 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase, isoforme 3 (Pfkfb3) qui est normalement retournée par l'APC /Cdh1 dans les premiers stades de la phase G1 du cycle cellulaire (79). Fait intéressant, Drp1 est également retourné par APC/Cdh1 dans la phase G1 du cycle cellulaire d'une manière dépendante de CDK (47, 49), suggérant un mécanisme possible par lequel la régulation à la hausse de la glycolyse peut être coordonnée avec la dynamique mitochondriale. Les preuves que la glutaminolyse est régulée par le cycle cellulaire sont rares, mais puisque c-Myc et RB/E2F modulent tous deux l'absorption de glutamine (80�), il ne serait pas surprenant que la glutaminolyse, comme la glycolyse, soit régulée à la hausse lorsque les cellules entrent en phase S.

Double rôle des membres de la famille Bcl-2 dans la dynamique mitochondriale et l'apoptose

En plus des effets sur le métabolisme cellulaire et le cycle cellulaire, la fusion mitochondriale peut retarder le cytochrome c libération et apoptose (46, 84), l'oligomérisation d'Opa-1 inhibant le remodelage pro-apoptotique des crêtes indépendamment de son rôle dans la fusion (85) (Figure 2). La perturbation des oligomères Opa-1 d'une manière dépendante de Bax/Bak par la protéine BID pro-apoptotique était indépendante de la perméabilisation de la membrane mitochondriale (86) mais était associée au remodelage des crêtes pro-apoptotique (une exigence pour le cytochrome c libération) et les cellules déficientes en Opa-1 sont plus sensibles à l'apoptose (87, 88). Fait intéressant, les prohibitines favorisent la prolifération cellulaire et la résistance à l'apoptose en inhibant le clivage de l'OPA-1 au niveau de l'IMM, favorisant ainsi la fusion et la morphologie normale des crêtes (89).

Figure 2. Rôles doubles et apparemment opposés des membres de la famille Bcl-2 et des protéines de fission/fusion dans l'apoptose et la dynamique mitochondriale. Les protéines de fission et de fusion mitochondriales semblent moduler l'apoptose par des activités distinctes de leurs rôles dans la dynamique mitochondriale mais qui impliquent des membres de la famille Bcl-2. Inversement, les membres de la famille Bcl-2 modulent la fission et la fusion mitochondriale d'une manière qui semble être indépendante de leurs fonctions dans l'apoptose.

Contrairement à la fusion mitochondriale, la fission mitochondriale favorise la dépolarisation de la membrane mitochondriale, le cytochrome c libération et apoptose (90), avec Drp1 favorisant l'oligomérisation de Bax par des mécanismes indépendants de son activité GTPase (91), expliquant peut-être comment les mitochondries fragmentées sont plus propices à la formation de canaux Bax/Bak. Ainsi, les protéines de fission et de fusion mitochondriales semblent moduler l'apoptose par des activités distinctes de leurs rôles dans la dynamique mitochondriale mais qui impliquent des membres de la famille Bcl-2 (Figure 2).

Les membres de la superfamille Bcl-2 des régulateurs de la mort cellulaire sont largement caractérisés pour leur rôle clé dans la régulation de l'apoptose (2, 44), mais ils ont également un rôle émergent dans la dynamique mitochondriale (44, 92, 93). Bak et Bax sont essentiels pour l'apoptose, de sorte que les cellules à double knock-out Bax/Bak sont résistantes à l'apoptose (94, 95). Lorsque Bak et Bax sont activés par des signaux pro-apoptotiques, ils subissent une oligomérisation pour former un canal dans l'OMM à travers lequel le cytochrome c est libérée entraînant la formation de l'apotosome et l'activation des caspases (96). Les cellules nulles Bax/Bak résistantes à l'apoptose présentent une fragmentation mitochondriale étendue qui est sauvée par une surexpression de Bak en l'absence de signalisation apoptotique, suggérant que Bak et Bax peuvent favoriser la fusion mitochondriale (92). En effet, la forme soluble de Bax interagit directement avec Mfn2 pour promouvoir son activité GTPase tandis que Bak et Bax interagissent avec Mfn1 (90, 92, 97). A l'inverse, l'anti-apoptotique Bcl-XL a été montré pour favoriser la fission mitochondriale dans les neurones par des interactions avec Drp1 qui favorisent son activité GTPase (98). Plus récemment, Mcl-1 a ​​été impliqué dans la modulation de la dynamique mitochondriale via une forme tronquée amino-terminale qui se localise dans la matrice mitochondriale, contrairement à Mcl-1 pleine longueur à l'OMM (99). Mcl-1 tronqué dans la matrice est nécessaire pour la fusion mitochondriale et l'assemblage de la F0F1-ATP synthase et pour une respiration efficace (99). Cette nouvelle fonction pour Mcl-1, distincte de sa fonction anti-apoptotique, peut expliquer l'insuffisance cardiaque observée chez les souris nulles Mcl-1, chez lesquelles les cardiomyocytes présentaient une structure mitochondriale aberrante et des défauts de respiration qui n'ont pas été sauvés par la délétion Bax/Bak (100 ), bien que les défauts aient été partiellement sauvés par la suppression de la cyclophiline D, un régulateur clé du pore de transition de perméabilité mitochondriale (101). Ainsi, il existe une régulation de l'activité apoptotique des protéines apparentées à Bcl-2 par des protéines de fusion/fission et inversement une régulation de l'activité des protéines de fission/fusion par des protéines apparentées à Bcl-2. Ce qui n'est pas clair, c'est si les activités des protéines Bcl-2, et Bax/Bak en particulier, dans l'apoptose et la fission/fusion sont exclusives.L'augmentation de la fragmentation mitochondriale qui a lieu pendant l'apoptose suggère que l'activité pro-fusion de Bak/Bax est supprimée par leurs fonctions pro-apoptotique, mais les preuves expérimentales formelles à l'appui font défaut. De même, on ne sait pas si la réduction d'OXPHOS résultant d'une fission accrue peut contribuer à la susceptibilité cellulaire à l'apoptose. Enfin, il n'est pas clair si la dynamique mitochondriale altérée contribue à l'activité oncogène des membres clés de la famille Bcl-2, tels que Bcl-2 ou Bcl-XL qui sont tous deux surexprimés dans certaines malignités humaines (102). Par exemple, une augmentation de Bcl-XL l'expression dans les tumeurs peut favoriser la fission mitochondriale, comme on le voit dans les neurones (98), qui à son tour limiterait l'OXPHOS mitochondrial favorisant ainsi l'effet Warburg.


DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION ILLUSTRATIFS

Les anthracyclines, telles que la doxorubicine, peuvent être utilisées comme thérapies anticancéreuses très efficaces. Cependant, ces composés sont connus pour endommager les cardiomyocytes de manière dose-dépendante. Étant donné que ce patient reçoit un traitement aux anthracyclines, tel qu'un traitement par la doxorubicine, il doit être étroitement surveillé pour détecter les signes de lésions cardiaques et/ou administrer des agents secondaires pour aider à limiter les lésions cardiaques. Cet effet secondaire dangereux de la thérapie par anthracycline a été la principale limitation de son utilisation clinique et aucune méthode n'était connue auparavant pour prédire si un patient présenterait une cardiotoxicité en réponse à la thérapie ou quelle serait la gravité de la cardiotoxicité.

Les études détaillées ici démontrent que la suppression spécifique aux cardiomyocytes de l'expression de Top2b était capable de protéger les cardiomyocytes des cassures double brin de l'ADN induites par la doxorubicine. Les cardiomyocytes qui manquaient d'expression de Top2b ont également montré des changements dans leur transcriptome qui sont responsables d'une biogenèse mitochondriale défectueuse et de la formation de ROS. De plus, la suppression de Top2b a protégé les souris du développement d'une insuffisance cardiaque progressive induite par la doxorubicine, suggérant que Top2b est la base moléculaire de la cardiotoxicité induite par la doxorubicine. Au vu des résultats, des études ont été entreprises pour déterminer si l'expression de Top2b serait un biomarqueur utile pour prédire la cardiotoxicité. Étant donné que la détection de Top2b dans le cœur du patient serait difficile et invasive, ELISA a été utilisé pour déterminer le niveau d'expression dans le sang périphérique de Top2b comme substitut de l'expression de Top2b dans le cœur. Les études montrées à la Fig. 8 démontrent que les patients ayant un faible niveau de Top2b dans le sang périphérique sont plus résistants à la cardiotoxicité induite par la doxorubicine, tandis que les patients ayant un niveau élevé de Top2b sont beaucoup plus sensibles à la doxorubicine. Ainsi, le niveau d'expression de Top2b (tel que le niveau de protéine Top2b mesuré dans le sang périphérique) peut être utilisé comme marqueur génétique pour prédire la sensibilité à la cardiotoxicité induite par la doxorubicine.

Les nouvelles méthodes fournies ici pourraient considérablement améliorer l'utilisation thérapeutique des composés d'anthracyclines tels que la doxorubicine. Avant le traitement, les patients peuvent être testés pour déterminer leur niveau d'expression Top2b. Si le niveau de Top2b est faible, les patients peuvent recevoir en toute sécurité une dose élevée de traitement, comme jusqu'à 450 mg/m 2 de doxorubicine, même sans surveillance régulière des dommages cardiaques. D'un autre côté, si le niveau d'expression de Top2b est élevé, les patients devraient recevoir une dose initiale de médicament plus faible, une surveillance intensive des dommages cardiaques et des médicaments protecteurs cardiaques car ils reçoivent des quantités accrues de traitement par anthracycline.


Modification post-traductionnelle de PGC-1α

De nombreuses modifications post-traductionnelles impactent PGC-1α. 9, 15-25 Parmi eux, la phosphorylation, l'acétylation, la méthylation et l'ubiquitination sont principalement responsables de l'activité transcriptionnelle et de la stabilité de PGC-1α (Fig. 2).

Phosphorylation de PGC-1α

La protéine kinase activée par l'adénosine monophosphate (AMP) (AMPK), la protéine kinase activée par le mitogène p38 (MAPK), l'Akt, la kinase S6 et la glycogène synthase kinase 3β (GSK3β) sont les protéines kinases les mieux caractérisées ciblant PGC-1α pour la phosphorylation. 16, 26

La phosphorylation peut favoriser l'activation de PGC-1α. Par exemple, l'AMPK se lie à et active la PGC-1α dans le muscle squelettique par phosphorylation directe sur Thr177 et Ser538. Cela augmente l'activité transcriptionnelle de PGC-1α et est nécessaire pour l'expression génique induite par l'AMPK du transporteur de glucose 4 (GLUT4), les gènes mitochondriaux, ainsi que PGC-1α lui-même. 20 La p38 MAPK phosphoryle PGC-1α sur Thr 262, Ser265 et Thr298, ce qui augmente la stabilité des protéines. 16

D'un autre côté, comme une épée à deux tranchants, la phosphorylation peut également diminuer l'activité de PGC-1α. L'extrémité C-terminale de PGC-1α contient plusieurs sites potentiels de phosphorylation d'Akt (RXRXXS/T, où X est n'importe quel acide aminé). Akt supprime à la fois la néoglucogenèse et l'oxydation des acides gras (FAO) par sa phosphorylation et son inhibition de la PGC-1α. 19 De même, lorsqu'il est induit par des signaux nutritifs, le programme des gènes gluconéogènes est également inhibé par la phosphorylation de PGC-1α à Ser568 et Ser572 par la sérine/thréonine kinase S6K1. Cependant, ces phosphorylations n'affectent pas la stabilité de PGC-1α ou d'autres programmes de gènes médiés par PGC-1α, tels que le transport d'électrons mitochondriaux et la FAO. 15 Étant donné que tous les sites phosphorylés par Akt ou S6K1 sont situés dans la région RS (acides aminés 551 à 635), il est raisonnable de supposer que la phosphorylation du domaine RS pourrait atténuer l'activité transcriptionnelle de PGC-1α.

Contrairement à la pleine longueur-PGC-1α, la NT-PGC-1α est susceptible d'être exportée vers le cytoplasme en interagissant avec la protéine nucléaire, maintenance chromosomique 1 (également connue sous le nom d'exportine 1, CRM1), via son domaine LxxLL (exportation nucléaire séquence). Ce processus peut être bloqué par la phosphorylation dépendante de la protéine kinase A de NT-PGC-1α sur Ser194, Ser241 et Thr256. La phosphorylation de NT-PGC-1α par la PKA inhibe non seulement l'export médié par CRM1 à partir du noyau, mais affecte également son potentiel transcriptionnel. 11

Modification de l'acétylation de PGC-1α

La PGC-1α est contrôlée par acétylation pour moduler sa capacité à recruter un complexe de remodelage de la chromatine et à initier la transcription des gènes. La PGC-1α est acétylée dynamiquement et inhibée par GCN5 (protéine de contrôle général non réprimée 5) lorsqu'elle est désacétylée et activée par SIRT1 (silent information régulateur 2 homologue 1).

Bien que PGC-1α puisse interagir avec plusieurs acétyltransférases, notamment GCN5, p300, SRC-1 et SRC-3, seul GCN5 est caractérisé par son acétylation et son inhibition de PGC-1α. 17 GCN5 est la première histone lysine acétyltransférase découverte, liant l'acétylation des histones à l'activation transcriptionnelle. 27 Outre les protéines histones, GCN5 peut également acétyler des protéines non histones, telles que PGC-1α, qui abrite de multiples sites d'acétylation couvrant toute la séquence de la protéine. 16 L'état d'acétylation de PGC-1α pourrait être modulé par GCN5 en fonction des quantités d'acétyl-CoA nucléaire. Chez les mammifères, l'acétyl-CoA peut être généré à partir du citrate dérivé du TCA (cycle de l'acide tricarboxylique) par l'ACL (ATP citrate lyase). Considérant que GCN5, comme toutes les autres acétyltransférases, nécessite de l'acétyl-CoA comme substrat pour la réaction d'acétylation, l'ACL pourrait connecter le bilan énergétique à GCN5 et affecter l'état d'acétylation de PGC-1α en contrôlant la production nucléaire d'acétyl-CoA. 28

SRC-3 facilite l'acétylation de PGC-1α dans le muscle et le BAT en améliorant l'expression de GCN5. 18 Dans des conditions de restriction calorique, une diminution de l'expression de SRC-3 et GCN5 conduit à des niveaux d'acétylation réduits, mais à une activité accrue de PGC-1α, ce qui favorise l'utilisation des acides gras stockés dans les tissus adipeux comme source d'énergie. 18 Bien que SRC-1 puisse également interagir avec PGC-1α, il reste à déterminer s'il affecte l'activité de GCN5 d'une manière similaire à SRC-3.

À ce jour, SIRT1 et l'histone déacétylase 3 (HDAC3) sont les seules déacétylases identifiées pour la PGC-1α. SIRT1 est un membre de la famille Sir2 des histones désacétylases dépendantes de la nicotinamide adénine dinucléotide (NAD + ) qui cible l'histone H4 à Lys16 et l'histone H3 à Lys9. En tant que principale désacétylase dépendante du NAD + dans les cellules de mammifères, SIRT1 désacétyle également un large éventail de protéines non histones, telles que p53, p300, FOXO-1, 3a, 4, Ku70 et PGC-1α. 29 Étant donné que SIRT1 nécessite la coenzyme NAD + comme substrat pour sa fonction, en cas de besoin énergétique élevé, PGC-1α est activé par désacétylation médiée par SIRT1, probablement en réponse à des changements dans les quantités de NAD + ou de NADH ou de NAD + /NADH rapport dans les cellules. À son tour, PGC-1α favorise l'induction de l'utilisation des acides gras et du métabolisme mitochondrial. 23 De plus, l'AMPK peut percevoir le stress énergétique et moduler l'activité de SIRT1 en modifiant le niveau intracellulaire de NAD+. 30 Par conséquent, l'AMPK augmente l'activité de PGC-1α par phosphorylation directe et également en induisant une désacétylation de PGC-1α médiée par SIRT1.

Plus récemment, Emmett et al. ont rapporté que HDAC3 peut également désacétyler PGC-1α et inverser la répression médiée par GCN5 de l'activité de coactivateur de PGC-1α. Dans BAT, HDAC3 agit comme un coactivateur d'ERRα. La désacétylation de PGC-1α médie la coactivation de ERRα induite par HDAC3 et est requise pour la transcription des gènes de phosphorylation oxydative (OXPHOS), qui prépare le BAT pour un défi thermogénique aigu. 21

Toutes ces découvertes suggèrent que l'acétylation réversible de PGC-1α relie le statut énergétique cellulaire aux circuits de régulation transcriptionnelle médiant la fonction mitochondriale et garantit la flexibilité métabolique.

Méthylation de PGC-1α

Une autre modification post-traductionnelle contribuant à la flexibilité métabolique est la méthylation réversible de PGC-1α. La méthylation de l'arginine a été impliquée dans la régulation de plusieurs processus cellulaires, y compris la localisation subcellulaire des protéines, les interactions protéine-protéine et l'activation transcriptionnelle. PRMT1 est le principal membre de la famille des protéines arginine méthyltransférase (PRMT) dans les cellules de mammifères. Il sert de coactivateur pour les NR et d'autres facteurs de transcription de liaison à l'ADN, tels que p53 et le facteur de liaison à l'élément initiateur (YY1) et médie le remodelage de la chromatine et l'initiation de la transcription. 31, 32 Il a été confirmé que PGC-1α est méthylée par PRMT1 au niveau des arginines 665, 667 et 669. Ces sites résident dans une séquence RERQR au sein de la région E riche en Glu C-terminale de PGC-1α. La méthylation de PGC-1α par PRMT1 améliore fortement la transcription de gènes cibles importants pour la biogenèse et la fonction des mitochondries. 24 Théoriquement, la région E de PGC-1α contient un signal de localisation nucléaire et la méthylation de l'arginine de PGC-1α dans cette région pourrait réguler sa fonction d'exportation nucléaire.

SET7/9 est une monométhyltransférase qui méthyle l'histone 3 Lys4 (H3K4), qui se trouve principalement dans la chromatine active. Bien que le rôle majeur de SET7/9 soit censé réguler l'activation des gènes par la méthylation des histones et l'altération de la structure de la chromatine, de nombreux substrats protéiques non histones de SET7/9 ont été découverts, notamment PGC-1α, p53, le récepteur nucléaire des œstrogènes alpha (ERα) et DNMT1. 9, 33, 34 La déméthylase 1 spécifique de la lysine (LSD1) est la première enzyme identifiée comme étant capable d'éliminer le groupe méthyle des lysines méthylées dans les protéines histones. LSD1 déméthyle l'histone H3 sur Lys4 (H3K4) et sur Lys9 (H3K9) 35, 36 et PGC-1α est méthylé par SET7/9 et déméthylé par LSD1 à Lys779.

Plus récemment, un nouveau mécanisme renforçant la fonction coactivateur de PGC-1α par méthylation a été mis en évidence. 9 SET7/9 médie le statut méthylé de PGC-1α. En particulier, en réponse au stress métabolique du jeûne dans le foie, l'interaction de la PGC-1α méthylée (K779Me) avec l'ARN méthytransférase 7 (NSUN7) pourrait augmenter l'enrichissement des eRNA m 5 C-modifiés (enhancer RNAs) au niveau des amplificateurs de PGC- gènes ciblés en 1α, augmentant le programme transcriptionnel de ces gènes. En conséquence, l'ablation de SET7/9 et NSUN7 a entraîné l'épuisement des gènes ciblés par PGC-1α. 9 Collectivement, la méthylation peut lier le circuit épigénétique à l'initiation transcriptionnelle des programmes de gènes ciblés PGC-1α et favoriser la prolifération mitochondriale dans des conditions de crise énergétique.

Ubiquitination de PGC-1α

La PGC-1α est une protéine à courte durée de vie et ses niveaux cellulaires sont étroitement contrôlés par un équilibre dynamique de synthèse et de dégradation. L'ubiquitination et la dégradation subséquente médiée par le protéasome affectent grandement le niveau d'expression de PGC-1α. L'AD N-terminal (acides aminés 1–185) de PGC-1α a été précédemment considéré comme n'ayant aucun effet sur la stabilité des protéines et la distribution subcellulaire. L'ubiquitination de PGC-1α repose sur l'intégrité de la région C-terminale, qui pourrait interagir avec les ligases E3 spécifiques de PGC-1α. Il a été démontré que la suppression du fragment C-terminal de PGC-1α (acides aminés 565 à 798) bloque complètement l'ubiquitination et stabilise la protéine. Fait intéressant, une autre étude a révélé qu'au lieu d'entrer dans le protéasome pour la dégradation, la PGC-1α polyubiquitinée était susceptible de former une agrégation intranucléaire et le N-terminal de PGC-1α était nécessaire pour cibler la PGC-1α polyubiquitinée vers le protéasome. 22 Ainsi, les interactions intramoléculaires entre les régions N- et C-terminales pourraient ajuster de manière coopérative la fonction de coactivateur de PGC-1α en régulant la stabilité et la sous-localisation des protéines.

En fait, de multiples modifications post-traductionnelles agissent toujours de concert pour contrôler finement l'activité et la stabilité de PGC-1α, ce qui est illustré par la régulation de l'ubiquitination de PGC-1α d'une manière dépendante de la phosphorylation. SCF Cdc4 est identifié comme une ubiquitine ligase E3 qui régule la stabilité de PGC-1α par protéolyse médiée par l'ubiquitine. PGC-1α abrite deux phosphodegrons Cdc4 qui se lient à Cdc4 lorsqu'ils sont phosphorylés par GSK3β sur T295 et par p38 MAPK sur Thr262, Ser265 et Thr298, entraînant une ubiquitination dépendante de SCF Cdc4 et une dégradation de PGC-1α dans le noyau. 37

Dans l'ensemble, diverses modifications post-traductionnelles fournissent un système efficace et flexible pour la régulation de l'activité et la localisation des organites de PGC-1α, ce qui contribue substantiellement à ses rôles nodaux dans le métabolisme énergétique mitochondrial.


Voies de signalisation

L'altération du module de transduction du signal médié par IRS/PI3-K/Akt est au cœur même des phénotypes de résistance à l'insuline. En conséquence, ces molécules font l'objet d'un examen minutieux depuis plusieurs années. Morris Birnbaum a discuté de la régulation du métabolisme du glucose et des lipides par Akt/PKB. Il a résumé les phénotypes des souris knock-out pour les trois isoformes d'Akt. Bien que redondantes à certains égards, les trois isoformes jouent des fonctions uniques dans d'autres domaines. Un exemple est Akt2 dans le contexte de la signalisation de l'insuline dans le foie. Bien qu'il y ait une compensation partielle par Akt1 pour la perte d'Akt2, 80% de la phosphorylation de FoxO1 médiée par l'insuline est médiée par Akt2, tandis que seulement 20% est due à l'activité d'Akt1. Malgré cette différence d'activité, Akt1 est capable de réduire l'expression des gènes cibles FoxO1, PEPCK et G6Pase, chez les souris Akt2 (-/-). Néanmoins, l'insuline est toujours incapable de supprimer la production de glucose chez les souris Akt2(−/−), et cela peut être dû à une diminution de la phosphorylation Ser570 médiée par Akt de PGC-1α.

Morris White a souligné la découverte de rôles largement chevauchants et compensatoires de l'IRS1 et de l'IRS2 dans le foie sur la régulation de l'expression des gènes gluconéogènes et lipogéniques. Seule la perte de fonction d'IRS1 et d'IRS2 dans le foie a provoqué une augmentation de PEPCK, GLUT2 et PGC-1α ainsi que des changements majeurs dans le métabolisme du glucose, une légère augmentation de la synthèse des triglycérides et des changements dans la résistance à l'insuline du corps entier. Les protéines IRS sont assez grosses et offrent un grand nombre de sites de phosphorylation régulatrice. Sarah Dunn a identifié >30 sites de phosphorylation Ser/Thr sur l'Irs2 murin, mais s'est concentrée sur Ser965, qui se trouve phosphorylé à des niveaux élevés dans l'état basal des cellules affamées de sérum et légèrement augmenté lors du traitement à l'insuline. Les événements de phosphorylation basale et stimulée par l'insuline dépendent de la cascade ERK/MAP kinase, et la phosphorylation basale à ce site est essentielle pour la fonction IRS2. D'autres MAPK, telles que JNK, jouent des rôles différentiels et sont nécessaires à la phosphorylation induite par le facteur de croissance. Ronald Kahn s'est également concentré sur la cascade de transduction du signal des récepteurs de l'insuline. Il a souligné "les nœuds critiques" IRS, PI3K et AKT, car tous les trois sont essentiels à l'action de l'insuline, ont de multiples isoformes, jouent des rôles à la fois positifs et négatifs et interagissent les uns avec les autres. PI3K est composé d'une sous-unité catalytique p110 et d'une sous-unité régulatrice p85. Fait intéressant, les souris knock-out Pik3r1 (p85α) ou Pik3r2 (p85β) présentent une sensibilité à l'insuline améliorée. De plus, les souris Pik3r1-null présentent une hypoglycémie, une hypoinsulinémie et une diminution de la production de glucose hépatique. Les souris knock-out Pik3r1 diminuent l'activité JNK et présentent une diminution de l'état de phosphorylation de Ser307 sur IRS1 en réponse à l'insuline. La reconstitution virale de p85 sauve l'activité JNK et la phosphorylation de Ser307 sur IRS1.

La transduction du signal d'insuline dans la périphérie a longtemps été le seul domaine d'action de l'insuline. Cependant, de récentes données passionnantes sur les effets centraux de l'insuline mettent en évidence le rôle important de l'action de l'insuline dans le cerveau. Luciano Rossetti a élaboré sur la signalisation de l'insuline dans l'hypothalamus basal médial (MBH) et son impact sur la gluconéogenèse hépatique. L'utilisation d'un activateur PI3K ou la perfusion de PtdIns(3,4,5)P3 dans l'hypothalamus a imité les effets de l'insuline sur la suppression de l'expression des gènes gluconéogènes et la production de glucose dans le foie. Ces effets ont été inhibés dans le canal Sur1-KATP (−/−)

souris et aussi dans Akt2 (−/−) , mais pas dans Akt1 (−/−) , souris. De plus, la suralimentation des rats pendant 3 jours induit une résistance hépatique à l'insuline, qui est partiellement atténuée par la perfusion de PtdIns(3,4,5)P3 dans l'hypothalamus et complètement restaurée avec l'administration de diazoxide. Par conséquent, une signalisation défectueuse du cerveau au foie semble être un événement précoce dans le développement de la résistance à l'insuline. D'autres cibles en aval de l'action de l'insuline comprennent les facteurs de transcription Foxo. Domenico Accili a discuté de l'implication des facteurs de transcription forkhead dans le diabète et l'obésité, en se concentrant sur le rôle de la protéine forkhead FoxO1 dans la protection des cellules β pancréatiques contre le stress oxydatif. FoxO1 forme un complexe avec deux autres protéines, Pml et Sirt1, afin d'activer des facteurs impliqués dans la transcription du gène de l'insuline, tels que MafA. Le glucose favorise l'acétylation de FoxO1, qui le cible vers les corps PML dans le noyau et le protège de la dégradation médiée par l'ubiquitine. Au-delà de la voie de transduction du signal de l'insuline, FoxO1 joue également un rôle dans la voie de la leptine. La surexpression adénovirale d'un FoxO1 constitutivement actif a entraîné une perte d'action de la leptine dans les neurones AGRP, par le biais d'un mécanisme pouvant impliquer une compétition avec Stat3 pour la liaison aux promoteurs AGRP et POMC. La surexpression de FoxO1 entraîne également une accumulation de lipides hépatiques, une augmentation de la sécrétion de VLDL, une augmentation de la synthèse des triglycérides et une diminution de l'oxydation des FFA.

La protéine kinase activée par l'AMP (AMPK) est une enzyme qui sert de jauge de carburant, activée dans des états de faible énergie. L'AMPK peut modifier diverses voies métaboliques.Dans le foie, l'activation de l'AMPK entraîne une oxydation accrue des acides gras et réprime la néoglucogenèse et la production de cholestérol et de triglycérides. Reuben Shaw a décrit la régulation de l'AMPK et de l'homéostasie du glucose dans le foie par la sérine/thréonine kinase, LKB1, et son exigence pour les effets bénéfiques de la metformine. LKB1 est nécessaire à la phosphorylation et à l'activation de l'AMPK dans le foie, mais pas dans le muscle. Les souris avec un knock-out spécifique du foie de LKB1 ont une diminution de la P-AMPK et une augmentation de l'expression de PGC-1α et G6Pase, et elles sont hyperglycémiques et intolérantes au glucose. De plus, dans le foie de ces souris, le coactivateur CREB TORC2 est hypophosphorylé sur Ser171, ce qui entraîne une augmentation de l'activité TORC2 et CREB et l'expression subséquente du gène PGC-1α et gluconéogène. L'ARNi TORC2 a réduit l'expression de PGC-1α dans le foie et la glycémie chez les souris knock-out. LKB1 conduit donc à l'activation de l'AMPK et de la Sik2, qui conduit alors à la phosphorylation et à l'exclusion nucléaire de TORC2 et CREB et à l'expression réduite de PGC-1α et des gènes gluconéogènes. Markus Stoffel s'est concentré sur le facteur de transcription régulé par l'insuline FoxA2, ​​qui est phosphorylé par Akt au niveau du résidu critique et conservé Thr156. Chez les souris de type sauvage, l'insuline phosphoryle FoxA2 et l'exclut du noyau, entraînant une inhibition de la transcription de ses gènes cibles lipolytiques et cétogènes dans le foie. Lorsqu'un mutant T156A FoxA2 qui ne peut pas être phosphorylé est exprimé, il y a une augmentation des gènes lipolytiques, de -oxydation mitochondriale et cétogènes. Expression adénovirale de ce mutant dans les foies de ob/ob les souris ont diminué les taux plasmatiques de glucose et d'insuline et augmenté la consommation d'oxygène et la production de chaleur. De plus, FoxA2 semble être requis pour l'expression de l'ApoM et la formation ultérieure de préβ-HDL. Par conséquent, une diminution de l'activité de FoxA2 conduit à un reflux de cholestérol inversé. Des résultats supplémentaires ont été montrés suggérant que la phosphorylation de FoxA2 dépend de IRS1 ou IRS2, tandis que la phosphorylation de FoxO1 dépend strictement de IRS2.

Takashi Kadowaki a discuté des différences dans la signalisation de l'adiponectine globulaire et complète : l'adiponectine globulaire hépatique n'affecte que le muscle, signale principalement par l'intermédiaire du récepteur 1 de l'adiponectine (adipoR1), et conduit à l'activation de p38 MAPK et AMPK et à une oxydation accrue des acides gras. Il a discuté des modèles knock-out d'adipoR1 et adipoR2 et de leurs phénotypes métaboliques, ainsi que des données présentées sur les souris adopoR1/2 à double knock-out. Ces souris sont viables, une découverte différente des données présentées par Phil Scherer, qui a montré que les souris à double knock-out ne sont pas viables entre ses mains. Les différences de viabilité peuvent s'expliquer par les différentes stratégies de knock-out employées, puisque le groupe Kadowaki a identifié de faibles niveaux de messages épissés alternativement chez leurs souris double null, ce qui peut expliquer pourquoi ces souris parviennent à survivre. De nombreuses questions restent sans réponse quant à la manière dont ces récepteurs véhiculent un signal d'adiponectine dans le cytoplasme, quelle est leur spécificité et s'il existe ou non des récepteurs supplémentaires pour l'adiponectine. De nombreux groupes ont cependant décrit que l'adiponectine active puissamment l'AMPK dans un certain nombre de types cellulaires différents, affectant ainsi positivement le métabolisme énergétique cellulaire. Juleen Zierath a discuté d'un mécanisme d'activation de l'AMPK indépendant de l'adiponectine L'AMPK peut être activée pharmacologiquement par le 5-aminoimidazole-4-carbox-amide-1-β-4-ribofuranoside (AICAR), qui est phosphorylé in vivo en l'analogue de l'AMP AICAR -monophosphate (ZMP). Le traitement par AICAR conduit à une normalisation frappante de la glycémie et de la tolérance au glucose chez les ob/ob souris après un traitement in vivo, fournissant la preuve que le ciblage de la voie AMPK améliore efficacement les défauts métaboliques du diabète.


DAMP mitochondrial circulant : bien plus que des molécules dérivées des déchets

En accord avec la « théorie du danger » originale de l'inflammation, 46 plusieurs syndromes caractérisés par une réponse inflammatoire systémique, y compris les traumatismes, le VIH et le cancer, se sont avérés être associés à des niveaux croissants de DAMP mitochondriaux circulants. 15,57,58

Fait intéressant, avec les cytokines pro-inflammatoires (par exemple., IL6, facteur de nécrose tumorale alpha [TNF-α], régulé sur l'activation des cellules T normales exprimées et sécrétées [RANTES] et antagoniste des récepteurs IL1), les taux circulants de molécules d'ADNmt se sont avérés augmenter après l'âge de 50 ans. ce contexte, la découverte d'une production accrue de TNF-α suite à l'exposition de monocytes à des concentrations d'ADNmt similaires à celles détectées in vivo soutient l'idée de faire circuler l'ADNmt comme facteur contribuant à l'inflammation systémique au cours du vieillissement (« inflamm-aging »). 59

TFAM a récemment été proposé pour agir comme un DAMP mitochondrial à la fois chez les rongeurs et les humains. 60 Les fibroblastes embryonnaires de souris n'exprimant qu'un seul allèle TFAM montrent une diminution de 50 % de la teneur en ADNmt associée à l'activation constitutive de la voie cGAS-STING-IRF3. 61 De plus, le TFAM agit comme une réponse pro-inflammatoire et cytotoxique spécifique induisant le DAMP dans in vitro modèles de microglie du cerveau humain. 60 De plus, le TFAM semble être pertinent au cours de l'inflammation grâce à la modulation de sa liaison à l'ADNmt. En effet, TFAM a été impliqué dans le réacheminement de l'ADNmt oxydé vers les lysosomes pour la dégradation dans les neutrophiles. 16 L'extrusion de nucléoïdes oxydés par les neutrophiles dans le LED représente un puissant activateur du système immunitaire. 16

L'inflammation systémique est une caractéristique reconnue de plusieurs troubles musculo-squelettiques. Récemment, un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS) déclenché par une fracture, caractérisé par une augmentation des taux circulants d'ADNmt acellulaire, a été documenté chez des patients présentant une fracture de la hanche. 62 Dans un tel contexte, l'ADNmt circulant semble favoriser le développement de l'inflammation en recrutant des leucocytes. 62 Il est à noter que des altérations spécifiques de l'axe MQC ont été identifiées dans des biopsies musculaires obtenues à partir de patients âgés fracturés de la hanche. 63 Pris ensemble, ces résultats suggèrent l'existence d'un lien fonctionnel entre le dysfonctionnement mitochondrial musculaire et l'inflammation systémique, peut-être médiée par la libération d'ADNmt dans la circulation. À l'inverse, l'exercice aérobie modéré, une intervention anti-inflammatoire bien connue, 64 diminue les niveaux systémiques d'ADNmt sans cellules chez les adultes en bonne santé. 65

Malgré les preuves soutenant l'ADNmt sans cellules et l'ADNmt lié au TFAM en tant que DAMP, le mécanisme exact de la livraison de l'ADNmt dans le cytosol puis dans la circulation est actuellement inconnu. Comme élégamment examiné par Safdar et al., 66 l'un des mécanismes par lesquels les cellules eucaryotes communiquent entre elles est un système de signalisation reposant sur l'exocytose de protéines contenant des séquences ciblant la sécrétion. 67 Étant trop labiles dans l'environnement extracellulaire, les protéines et autres macromolécules (y compris l'ADNmt) peuvent être sécrétées dans de petites vésicules extracellulaires membraneuses. 68-70 On pense qu'un système de vésicules appelé exosomes utilise une telle voie pour libérer un ensemble de molécules (exercices) dans le muscle lors d'exercices d'endurance. 66 Exercices contribuer à la médiation de l'effet bénéfique de l'exercice en permettant des adaptations systémiques par la signalisation autocrine, paracrine et/ou endocrinienne. 66 Il est intéressant de noter que l'ADNmt acellulaire a été identifié parmi les molécules libérées via les exosomes. 66 Indépendamment des mécanismes réels générant et libérant des DAMP, ce qui va au-delà de l'objectif de cette revue, il a été démontré que leur accumulation active les macrophages résidents dans les tissus et favorise également l'infiltration des leucocytes dans les tissus. 71

L'implication du dysfonctionnement mitochondrial et de l'inflammation dans la pathogenèse des troubles de l'atrophie musculaire est bien établie. Cependant, si et comment les DAMP mitochondriaux sont impliqués dans la réponse inflammatoire associée à ces conditions est actuellement inconnu. L'existence d'une diaphonie entre les mitochondries et l'inflammasome est un domaine d'investigation très prometteur, en particulier dans le contexte des troubles de l'atrophie musculaire.


Nrf2 ET EXPOSITIONS AUX RAYONNEMENTS

Dans deux articles publiés en 2010, il a été rapporté que l'exposition de cellules et de tissus de mammifères à des radiations activait la transcription médiée par Nrf2 de diverses protéines antioxydantes. Ainsi, Tsukimoto et al. (46 ) a montré que l'exposition de cellules macrophages murines Raw 264.7 à des rayons à faible dose dans la plage de 0,1 à 2,5 Gy provoquait une augmentation précoce (1 à 2 h) dose-dépendante des niveaux cytoplasmiques de Nrf2 ainsi que son accumulation nucléaire de 4 h et élévation correspondante des niveaux de HO-1 de 24 h. McDonald's et al. (5 ) ont observé de la même manière l'induction du gène dépendant de Nrf2/ARE après irradiation , bien qu'avec une cinétique nettement retardée, dans plusieurs types cellulaires. Bien que l'exposition de la lignée cellulaire rapporteur d'ARE-luciférase MCF7-AREc32 (dérivée de la lignée cellulaire de cancer du sein humain MCF7) à une dose unique de rayonnement dans la plage de 0,05 à 10 Gy ou à trois fractions quotidiennes de 0,5, 2 ou 4 Gy n'augmente pas significativement l'expression de la luciférase 24 h après la fin de l'irradiation, une activation dose-dépendante est observée dans les cellules recevant cinq fractions quotidiennes de 0,5, 1, 2, 3 ou 4 Gy et évaluée 3 h après la dernière dose (5 ). La nature retardée de cette activation a été confirmée par l'observation que des doses uniques de 2 à 8 Gy ont effectivement amélioré le signal du rapporteur ARE aux jours 5 à 15 après l'irradiation avant de s'atténuer, suggérant qu'il représente une réponse antioxydante de deuxième niveau. Les fibroblastes embryonnaires de souris de type sauvage (MEF), les fibroblastes murins NIH-3T3 et les cellules dendritiques murines DC2.4 (mais pas les MEF knock-out Nrf2) ont montré un schéma similaire d'induction retardée des ARNm pour deux gènes régulés par Nrf2, HO-1 et GSTA2, après doses uniques ou fractionnées. Des augmentations correspondantes des niveaux de protéine HO-1 ont été observées dans les MEF de type sauvage, NIH-3T3 et les cellules primaires de moelle osseuse murine, mais encore une fois pas dans les MEF Nrf2-knockout. L'activité fonctionnelle du GSH au jour 5 après une dose unique de 8 Gy a augmenté d'environ 50 % dans les MEF de type sauvage (mais pas dans les MEF Nrf2-knockout). Des réponses similaires ont été observées in vivo chez les souris C57BL/6 après cinq fractions quotidiennes de 2 Gy, où l'expression du gène splénique HO-1 (mais pas GSTA2) a augmenté de manière significative. Les souris MEF Nrf2-knockout et C57BL/6 ont montré une radiosensibilité accrue par rapport à leurs homologues de type sauvage (5 ). L'activation de Nrf2 dans les MEF après une irradiation de 8 Gy était temporellement corrélée avec la production retardée de ROS, culminant à ∼ 5 jours, avec une induction de ROS considérablement augmentée dans les MEF Nrf2-knockout (5 ).

Des études publiées par la suite ont décrit les caractéristiques phénotypiques et mécanistiques de la réponse Nrf2 au rayonnement dans divers systèmes modèles en relation avec l'amélioration de la survie cellulaire. Bon nombre de ces études ont été examinées par Sekhar et Freeman (37 ). Par exemple, il a été démontré que l'activation de la signalisation Nrf2/ARE réduit les ROS intracellulaires et confère une radiorésistance aux fibroblastes, aux cellules épithéliales bronchiques et mammaires, aux cellules de la prostate DU145, au glioblastome et aux cellules du cancer du poumon à cellules squameuses. La suppression ou l'inhibition de Nrf2 dans les lignées cellulaires cancéreuses humaines entraîne généralement des niveaux élevés de ROS et une radiosensibilisation, comme cela a été le cas dans les MEF Nrf2-knockout. Collectivement, ces résultats suggèrent que Nrf2 favorise effectivement une réponse pro-survie dans les cellules irradiées. Des observations similaires ont été faites dans in vivo modèles, y compris la radiosensibilité accrue des souris Nrf2-knockout (37 ). En plus des réponses antioxydantes, certaines enzymes régulées par Nrf2/ARE sont impliquées dans la réparation des dommages à l'ADN induits par les radiations/ROS, telles que la protéine BER 8-oxoguanine ADN glycosylase (OGG1) et la protéine de réparation de recombinaison homologue (HRR) RAD51 (47 En outre, les interactions entre Nrf2 et des facteurs tels que la protéine de liaison à la p53 1 (53BP1) et la protéine du cancer du sein 1 (BRCA1) peuvent influencer le choix cellulaire de la voie de réparation de la rupture double brin (DSB), c'est-à-dire la jonction d'extrémité non homologue ( NHEJ) versus HRR (37 ). Sekhar et Freeman (37 ) réitèrent également l'importance des cytokines inflammatoires dans la réponse radiologique des tissus normaux et de Nrf2 dans la régulation de l'expression des cytokines, et ils suggèrent que le rôle pro-survie de Nrf2 est lié à sa capacité à moduler la réponse cytokine pro-inflammatoire qui peut générer ROS comme effecteur contre le défi microbien. Plusieurs études publiées utilisant divers types de cellules [par exemple, (46, 48, 49 )] indiquent également que l'activation de Nrf2 induite par le rayonnement et les effets en aval peuvent être supprimés par des inhibiteurs de la protéine kinase activée par un mitogène (MAPK) 1/3 tels que U0126 ou par shRNA MAPK knockdown, suggérant que cette voie pourrait jouer un rôle clé dans cette réponse .

L'induction d'antioxydants médiée par Nrf2 a également été impliquée dans la réponse adaptative au rayonnement mentionnée ci-dessus dans laquelle l'amorçage des cellules avec une faible dose de rayonnement peut invoquer une résistance à une dose de défi plus élevée délivrée plusieurs heures plus tard. Cependant, définir le mécanisme de cet effet est compliqué non seulement parce qu'il n'est pas universellement observé (20 ) mais aussi parce que de nombreux processus contributifs sont susceptibles de modifier les réponses adaptatives, y compris la réparation de l'ADN, les points de contrôle du cycle cellulaire, les protéines chaperon du stress et les voies de signalisation intercellulaire impliquant, par exemple, p53 et MAPK1/3 (50 ). Bravard et al. (51 ). Bien que la dose d'amorçage elle-même ait eu peu d'effet, les cellules adaptées présentaient une activité/des niveaux légèrement élevés de SOD2, de GST, de GPx et de catalase par rapport aux cellules témoins 3 h après la dose d'épreuve de 3 Gy, ce qui suggère que de tels événements peuvent contribuer à l'adaptation. De même, l'administration d'une dose d'amorçage de 5 cGy à des fibroblastes cutanés humains normaux AG1522 a provoqué la translocation de Nrf2 du cytoplasme vers le noyau et l'induction du gène et de la protéine HO-1, ce qui a vraisemblablement contribué à l'adaptation observée à une dose de provocation ultérieure de 2 Gy. des rayons X donnés 12 h plus tard (52 ). En revanche, Miura (50 ) n'ont signalé aucun changement dans l'activité de la GST, de la GSR et de la catalase dans les cellules gliales de rat recevant une dose d'amorçage de 0,1 Gy 3 h avant une dose d'épreuve de 2 Gy. Bien que dans les deux derniers cas, la réponse adaptative phénotypique n'ait pas été démontrée, il existe des preuves que Nrf2 répond à une irradiation à faible dose. Par exemple, dans les cellules souches hématopoïétiques humaines (CSH), l'hypersensibilité à de faibles doses de rayonnement dépendait de l'augmentation immédiate des niveaux de ROS qui activaient la voie antioxydante Keap1-Nrf2 conduisant à l'autophagie (52 ).

La réponse adaptative au rayonnement est clairement multifactorielle et une discussion mécanistique approfondie dépasse le cadre de cette revue. Ici, nous considérons deux études récemment publiées qui mettent en lumière le rôle de Nrf2 dans de telles réponses. Premièrement, les études décrites jusqu'à présent impliquaient généralement des faisceaux à faible LET (rayons X ou rayons γ). Dans leur étude publiée, Chen et al. (53 ) ont examiné si les particules à LET élevé provoquaient une réponse adaptative similaire dans les cellules d'adénocarcinome pulmonaire humain A549 et, dans l'affirmative, si l'induction d'antioxydants médiée par Nrf2 pourrait y jouer un rôle. Une réponse adaptative claire aux particules (augmentation de la survie cellulaire) était apparente dans les cellules recevant une dose d'amorçage de 5 cGy délivrée 6 h avant une dose d'épreuve de 75 cGy. L'élévation et l'accumulation de Nrf2 dans le noyau ainsi que l'activation transcriptionnelle de son gène cible HO-1 ont été observées 6 h après une irradiation de 5 cGy. En outre, les niveaux de DSB (foyers γ-H2AX) 3 h après la dose d'épreuve de 75 cGy ont diminué dans les cellules ayant reçu la dose d'amorçage de 5 cGy par rapport aux cellules non amorcées, reflétant vraisemblablement une réparation améliorée de l'ADN. La suppression de Nrf2 à l'aide de shRNA a supprimé la réponse adaptative, tout comme l'inhibiteur de MAPK1/3 U0126. L'inhibiteur de l'autophagie 3-méthyladénine et le piégeur de ROS n-acétyl cystéine ont également bloqué l'augmentation des niveaux de Nrf2 et HO-1 et la réponse adaptative, cette dernière bloquant également la réponse d'autophagie. Collectivement, ces observations suggèrent que la réponse adaptative aux particules α dans les cellules A549 est médiée par l'élévation des ROS, l'autophagie et l'activation de la voie antioxydante Nrf2, ce qui est très similaire aux résultats des CSH humaines (52 ). Deuxièmement, il semble y avoir un aspect plus général de l'adaptation médiée par Nrf2 dans la mesure où une dose de rayons X d'amorçage du corps entier de 7,5 cGy donnée à des souris diabétiques C57BL/6J en 1 ou 3 fractions quotidiennes (mais pas 1 × 2,5 cGy) a été en mesure de protéger contre les manifestations des lésions du diabète liées à une génération excessive de ROS dans le rein (54 ). La dose d'amorçage a régulé positivement l'expression de Nrf2 dans le rein 3 à 6 h après l'irradiation ainsi que la fonction de Nrf2, comme en témoignent les niveaux de ses antioxydants en aval (NQO1 à 3 à 6 h et HO-1 à 3 à 9 h), elle a également atténué divers manifestations de dommages oxydatifs du rein induits par le diabète (inflammation, dysfonctionnement).

La régulation cellulaire de Nrf2 est en réalité plus complexe que celle décrite ci-dessus. En effet, il existe des preuves de diaphonie entre les protéines de détection de stress oxydatif Ref1 et Nrf2. Par exemple, il a été rapporté que Ref1 régule négativement Nrf2 dans divers types de cellules via sa fonction redox (55 ). Les protéines sestrine décrites précédemment ont été suggérées pour stimuler la réponse antioxydante médiée par Nrf2 en améliorant la perturbation de l'interaction Keap1-Nrf2 via la protéine p62/SQSTM1 (séquestosome 1), favorisant ainsi la dégradation autophagique de Keap1 (56 ). Les gènes p62 et sestrine2 sont eux-mêmes des cibles transcriptionnelles de Nrf2, ce qui entraîne une boucle de rétroaction positive. Il convient également de noter que la réponse homéostatique cellulaire au stress induit par les rayonnements/ROS implique un élément critique de diaphonie entre les voies Nrf2 et p53-p21 WAF1. De telles interactions seront discutées plus tard.

Un dernier point mais important concerne la cinétique d'induction de Nrf2 par rayonnement dans divers systèmes modèles. Bien que les deux premiers rapports de cet effet (5, 46 ) ont tous deux mis en évidence l'importance de l'induction de Nrf2 dans la réponse cellulaire au rayonnement, ils ont également indiqué des cinétiques d'activation très différentes. Alors qu'une induction rapide (≤24 h) d'événements dépendants de Nrf2/ARE par exposition a été observée par Tsukimoto et al. (46 ) dans des cellules de macrophages de souris Raw 264.7 et dans des études ultérieures avec une variété de lignées cellulaires humaines, McDonald et al. (5 ) ont constaté que l'induction était minimale à moins de 48 h dans plusieurs types de cellules et nécessitait un délai d'au moins 5 jours pour se manifester complètement. Cependant, Rodrigues-Moreira et al. (52 ) suggèrent un état récurrent de stress oxydatif persistant qui pourrait entraîner des vagues retardées d'induction de Nrf2. Cela peut être provoqué par des vagues de mort cellulaire et de formation de micronoyaux supplémentaires et dépendre des différences de lignées cellulaires liées au destin cellulaire, par exemple l'activation tardive observée par McDonald et al. (5 ) semble refléter une production retardée de ROS à médiation enzymatique liée à la sénescence induite par le rayonnement (une forme d'arrêt de la croissance cellulaire qui sera discutée ci-dessous), que Nrf2 inhibe généralement.Dans les kératinocytes, par exemple, la sénescence radio-induite est associée à une augmentation des niveaux de ROS quatre jours après l'irradiation en raison de l'activation d'enzymes telles que les protéines NOX, événements qui sont bloqués par l'homologue de la région d'insertion Mo-MLV du lymphome B 1 (Bmi-1 ) protéine complexe polycomb qui, entre autres activités, régule les niveaux de stress oxydatif mitochondrial et augmente la radiorésistance (57 ). La sénescence peut également déclencher des décisions sur le destin cellulaire associées à la reprogrammation dans laquelle Nrf2 semble jouer un rôle essentiel. En particulier, Nrf2, peut-être induite par la production tardive de ROS, orchestre le passage métabolique de la production d'énergie oxydative à la production d'énergie glycolytique qui est associée à la reprogrammation des cellules souches pluripotentes induites (58 ) et entraîne des voies anaboliques essentielles à la reprogrammation métabolique grâce à une meilleure utilisation du glucose et au cycle des pentoses phosphates (59–61 ), qui est également associée à une radiorésistance accrue. Bien que l'accent ait été mis ici sur le rôle de Nrf2 dans la régulation de l'homéostasie redox, ces rôles supplémentaires dans la régulation d'une variété d'enzymes métaboliques qui contribuent à la synthèse rapide de macromolécules (par exemple, via l'activation d'enzymes impliquées dans la synthèse de nucléotides) et à la prolifération cellulaire sont clairement important dans la réponse cellulaire au stress oxydatif. Le rôle de Nrf2 dans le remplacement précoce des sous-unités du protéasome après le désassemblage rapide induit par le rayonnement du protéasome 26S, qui dépend de la lignée cellulaire, est vraisemblablement régulé par l'état redox et métabolique est également pertinent (62 ). En effet, la première réponse Nrf2 pourrait être dans ce but précis.


La fidélité mitochondriale et l'agilité métabolique contrôlent le destin et la fonction des cellules immunitaires

Laboratoire de biologie mitochondriale et métabolisme, branche cardiovasculaire, National Heart, Lung, and Blood Institute, NIH, Bethesda, Maryland, États-Unis.

Adressez la correspondance à : Michael N. Sack, Laboratory of Mitochondrial Biology and Metabolism, Cardiovascular Branch, National Heart, Lung, and Blood Institute, NIH, Building 10CRC, Room 5-3150, 10 Center Drive, Bethesda, Maryland 20892, États-Unis. Téléphone : 301.402.9259 Courriel : [email protected]

Le remodelage du métabolisme mitochondrial joue un rôle important dans la régulation du destin, de la prolifération et de l'activité des cellules immunitaires. De plus, étant donné leur ascendance bactérienne, la perturbation de la fidélité mitochondriale conduisant à l'extravasation de leur contenu initie et amplifie la surveillance immunitaire innée avec une myriade de conséquences physiologiques et pathologiques. Les recherches sur le rôle des mitochondries dans le système immunitaire ont été mises en évidence, et l'appréciation de la fonction mitochondriale et du contrôle de la qualité dans la régulation immunitaire a amélioré notre compréhension de la pathogenèse de la maladie et identifié de nouvelles cibles pour la modulation immunitaire. Cette revue centrée sur les mitochondries se concentre sur le rôle du métabolisme et de la fidélité mitochondriale, ainsi que sur le rôle des mitochondries en tant que plate-forme structurelle, pour le contrôle de la polarité, de l'activation et de la signalisation des cellules immunitaires. La maladie liée aux mitochondries et les stratégies thérapeutiques ciblées mitochondriales pour gérer ces conditions sont également discutées.

Compte tenu de la prépondérance des mitochondries dans les cellules, le regretté médecin-scientifique et essayiste Lewis Thomas a avancé qu'il « pourrait être pris pour une très grande colonie mobile de bactéries respirantes » (1). À cette époque, malgré leurs origines bactériennes, le rôle intégral des mitochondries dans la régulation de l'immunité était peu apprécié. Aujourd'hui, notre reconnaissance de l'influence de la fidélité mitochondriale sur la fonction immunitaire s'étend au-delà de l'immunologie classique pour inclure les perturbations immunitaires liées aux mitochondries qui contribuent à l'inflammation des maladies dégénératives et à l'auto-immunité (2). En revanche, la reconnaissance des fondements métaboliques de la fonction des cellules immunitaires est évidente depuis le XVIe siècle, comme en témoigne la persistance de la maxime selon laquelle « affamer la fièvre et se nourrir d'un rhume » accélère la guérison des maladies infectieuses (3). Les composants de cet adage ont été validés expérimentalement (4), et le jeûne intermittent et la restriction calorique montrent des preuves d'émoussement des maladies liées à l'inflammation (5 à 10).

Le domaine d'étude explorant l'interdépendance entre le métabolisme et le destin et la fonction des cellules immunitaires est appelé immunométabolisme (11 – 13). De plus, étant donné la persistance des signatures bactériennes dans les mitochondries, les composants mitochondriaux jouent divers rôles dans le déclenchement des programmes de surveillance immunitaire (2, 14). Ces aspects de la biologie et du métabolisme mitochondriaux, en plus de leur rôle dans la physiopathologie de la maladie et leur potentiel de ciblage thérapeutique, sont au centre de cette revue.

Plasticité métabolique et devenir des cellules immunitaires. Le contrôle bidirectionnel entre le métabolisme cellulaire et le destin et la fonction des cellules immunitaires innées et adaptatives a été le plus largement exploré dans la modulation de la polarisation des macrophages et de la différenciation/activation des cellules CD4 + T, respectivement (11 – 13). Les voies métaboliques qui contribuent à l'activation et à la différenciation des cellules immunitaires sont schématisées à la figure 1A, et des exemples de la façon dont elles soutiennent le destin des cellules immunitaires sont résumés ici. D'une part, les macrophages inflammatoires (M1) utilisent la glycolyse aérobie pour la production d'énergie et détournent les intermédiaires glycolytiques dans la voie des pentoses phosphates pour la synthèse du NADPH. Le NADPH à son tour est catabolisé par la NADPH oxydase pour générer des espèces réactives de l'oxygène (ROS) pour faciliter les effets antimicrobiens (15). La préférence correspondante pour l'oxydation de la glutamine favorise en outre la production de ROS de la chaîne de transfert d'électrons (ETC) mitochondriale (16). D'autre part, les macrophages polarisés alternativement (M2) reposent davantage sur le métabolisme oxydatif du glucose et des graisses pour orchestrer les fonctions réparatrices (17, 18). Cependant, la nécessité d'une oxydation des acides gras dans la fonction réparatrice des macrophages a récemment été contestée par des observations selon lesquelles la perturbation génétique de l'absorption des graisses mitochondriales des macrophages n'empêchait pas la polarisation M2 (19). Il convient de noter que la classification binaire des macrophages est en partie une construction expérimentale, étant donné que la polarité des macrophages est un spectre avec de multiples signatures distinctes et des phénotypes fonctionnels entre ces « pôles » (20).

Présentation du remodelage métabolique avec différenciation et activation des cellules immunitaires. Aperçu du remodelage métabolique avec différenciation et activation des cellules immunitaires. (UNE) Les principales voies liées à l'immunmétabolisme comprennent la génération d'ATP à partir de la glycolyse cytosolique ou de la phosphorylation oxydative du pyruvate, des acides gras et de la glutamine. La NADPH oxydase cytosolique ou les mitochondries produisent des ROS, qui peuvent signaler, oxyder les protéines ou exercer des effets antimicrobiens. Les sites majeurs de production mitochondriale de ROS liés à l'immunmétabolisme sont générés au niveau des complexes I et III de l'ETC. (B) Dans les monocytes, le remodelage métabolique est caractérisé le plus largement par la différenciation en destins cellulaires M1 et M2. Dans les cellules CD4 + T, l'immunmétabolisme a été exploré à plusieurs niveaux de différenciation, de prolifération, d'activation et de migration. Le contrôle immunométabolique des lymphocytes B est moins bien exploré, cependant, le remodelage métabolique est important pour différents destins des lymphocytes B. FAO, oxydation des acides gras Glut Ox, oxydation de la glutamine Gly, glycolyse GO, oxydation du glucose PPP, voie des pentoses phosphates RET, transport inverse d'électrons dans la chaîne de transfert d'électrons pour la génération de ROS.

La transition des cellules effectrices CD4 + T actives au repos est un événement exigeant en croissance et en énergie qui est accompli, en partie, par un passage d'une phosphorylation oxydative préférentielle à une dépendance accrue à la glycolyse aérobie, à la voie des pentoses phosphates et à l'oxydation de la glutamine. (21-24). Inversement, les cellules T régulatrices (Tregs) restent dépendantes de la phosphorylation oxydative (25), bien qu'elles dépendent de la glycolyse pour la migration (26).

L'exigence génétique de ces effets régulateurs métaboliques sur le destin des cellules immunitaires est évidente lorsque la perturbation expérimentale de l'absorption du glucose altère la prolifération et l'activation des cellules T effectrices (21) et que sa promotion augmente la fonction des cellules T effectrices (27) et la polarité des macrophages inflammatoires (28). Cette dépendance à la préférence métabolique définie est en outre validée par la promotion de la polarisation M2 par induction expérimentale de l'oxydation du glucose (18) et par la facilitation de la polarisation M1 par perturbation génétique du métabolisme oxydatif et promotion de la glycolyse (29).

La caractérisation de l'immunmétabolisme s'étend à d'autres cellules immunitaires, et les préférences métaboliques soutiennent la fonction immunogène des cellules dendritiques (30) et la quiescence, la prolifération, la capacité de génération d'anticorps et la survie des cellules B (31-35). Comme cela est discuté dans la section finale de cette revue, des thérapies pour moduler la préférence de substrat sont testées dans les maladies liées aux cellules T et B telles que le lupus érythémateux disséminé. Un schéma résumant les liens de remodelage métabolique avec le destin des cellules immunitaires est illustré à la figure 1B.

Cycle TCA "fragmentation" dans l'activation immunitaire. Le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) génère des équivalents réducteurs pour la fonction ETC par oxydation de l'acétyl-CoA dérivé du glucose, des graisses et des acides aminés. Le récepteur immunitaire de type Toll (TLR) et la signalisation des cytokines (36) perturbent le flux coordonné d'intermédiaires à travers l'accumulation incitant le TCA de métabolites distincts. Les lipopolysaccharides (LPS) signalent via TLR4 pour réguler à la hausse le gène immunoréactif 1 (IRG1), qui code une enzyme qui décarboxyle l'intermédiaire TCA cis-aconitase pour produire de l'acide itaconique (37). L'acide itaconique présente une activité antimicrobienne (37) et des effets anti-inflammatoires sur les macrophages (38) et fonctionne comme un inhibiteur endogène de la succinate déshydrogénase (SDH) (39). L'inhibition de la SDH, à son tour, favorise l'accumulation de succinate dans le cycle du TCA en plus de l'inhibition du complexe II de l'ETC (38). L'accumulation de succinate facilite en outre la transactivation de la cytokine pro-inflammatoire IL-1β (40).

Fait intéressant, la modulation du flux intermédiaire métabolique à travers le cycle du TCA contrôle également la polarité des macrophages (41). Ici, les niveaux de métabolites spécifiques confèrent des fonctions macrophages distinctes, comme en témoignent le succinate et l'acétyl-CoA extramitochondrial fonctionnant comme intermédiaires clés pour une fonction M1 optimale. Ces macrophages présentent des niveaux de transcription d'isocitrate déshydrogénase (IDH) réduits avec une activité enzymatique IDH réduite (41). Cela se traduit par une conversion réduite du citrate en -cétoglutarate, entraînant une accumulation de citrate. L'excès de citrate mitochondrial est transféré dans le cytosol via le transporteur de citrate mitochondrial (CIC). La conversion du citrate cytosolique en acétyl-CoA favorise la production de prostaglandine pro-inflammatoire, d'oxyde nitrique et de ROS (42). Fait intéressant, l'augmentation du citrate mitochondrial subit également une décarboxylation pour générer de l'acide itaconique, qui fonctionne comme décrit ci-dessus (37-39), et la suppression génétique du CIC altère l'activation de M1 induite par le LPS (42). Alternativement, une utilisation accrue de la glutamine du TCA alimente la polarisation M2 en régulant à la hausse les gènes codant pour le TCA et la production de chimiokines (41). Des preuves récentes montrent également que l'itaconate alkyle directement les résidus de cystéine sur un répresseur transcriptionnel, KEAP1. Cela permet à son tour l'induction transcriptionnelle de gènes codant pour les antioxydants et les anti-inflammatoires pour limiter l'inflammation et moduler les IFN de type I (43). Un dérivé diméthyle d'un autre intermédiaire du TCA, le fumarate, module également le métabolisme via un mécanisme post-traductionnel. Ici, le fumarate de diméthyle modifie de manière covalente les résidus de cystéine catalytique sur l'enzyme glycolytique glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) dans un processus appelé « succination ». Cela émousse la glycolyse dans les cellules myéloïdes et lymphoïdes, conférant des effets anti-inflammatoires (44). Ensemble, ces données illustrent l'intégration du métabolisme et de la fonction des cellules immunitaires où la signalisation inflammatoire induit des altérations du métabolisme intermédiaire pour générer des métabolites qui servent de transducteurs de signaux et de modificateurs post-traductionnels pour réguler la fonction des cellules immunitaires ultérieures.

Perturbations ETC dans le contrôle de la signalisation immunitaire. Un rôle de la signalisation LPS dans l'altération de l'ETC est reconnu depuis des décennies (45), et a récemment été lié à la production de ROS mitochondriale induite par le LPS (46). Un mécanisme à la base du lien LPS-ROS est l'oxydation du succinate induite par TLR4 qui orchestre l'hyperpolarisation mitochondriale avec la production concomitante d'un excès de macrophages ROS. Cette programmation de gènes inflammatoires induite par la signalisation ROS régule positivement l'IL-1β, et l'inhibition de l'oxydation du succinate pendant l'activation de TLR4 favorise les signatures d'expression de gènes anti-inflammatoires avec l'induction de la cytokine anti-inflammatoire canonique IL-10 (16). L'observation de l'émoussement de cette génération de ROS par l'inhibition du complexe I ETC médiée par la roténone (16) implique le transport d'électrons inverse (RET) en tant que mécanisme de propagation de la génération de complexe I ROS (47).

Un autre mécanisme identifié est opérationnel suite à l'exposition des macrophages à des E. coli ou ARN bactérien. Ici, les composants bactériens favorisent le désassemblage des supercomplexes mitochondriaux avec perturbation de la respiration du complexe I (48). Ce mécanisme dépend de la génération phagosomique de NADPH oxydase ROS pour oxyder des protéines spécifiques du complexe I afin de faciliter le désassemblage du complexe (49). La perturbation du complexe I favorise à son tour une respiration accrue à travers le complexe II parallèlement à l'induction d'IL-1β, et l'inhibition du complexe II dans ces conditions réduit l'IL-1β et augmente les niveaux d'IL-10 (48). Fait intéressant, l'activation du TNF-α par E. coli est indépendant de l'activité du complexe II, une conclusion cohérente avec les études antérieures montrant que la production de TNF-α était moins sensible à la préférence métabolique des macrophages (40). Notamment, le désassemblage du complexe I et son lien avec l'activation du complexe II sont indépendants de la signalisation LPS et TLR4 (48). Bien que les mécanismes de signalisation TLR4/RET (16) et ARN/NADPH oxydase microbiens (48) n'aient pas été réconciliés, ils soutiennent collectivement que de nombreux mécanismes de perturbation de l'ETC régulent l'inflammation induite par l'IL-1β. Les ROS dérivés de l'ETC jouent également un rôle essentiel dans l'activation des cellules T spécifiques de l'antigène (50).

Le rôle des constituants mitochondriaux dans l'activation immunitaire découle en partie de l'incorporation d'un endosymbiote procaryote dans des bactéries plus complexes (archées) (51). Au cours de l'évolution ultérieure en cellules eucaryotes, la majorité des gènes bactériens engloutis ont été transférés dans le génome nucléaire (52). Le génome bactérien résiduel a persisté sous forme de génome mitochondrial et les motifs CpG hypométhylés de l'ADN mitochondrial (ADNmt) ont conservé les propriétés immunogènes des motifs d'ADN CpG bactérien (53). Les caractéristiques mitochondriales supplémentaires que les bactéries de phénocopie incluent la synthèse des protéines, où la traduction de l'ADNmt est initiée à Nrésidus -formyl-méthionine (54) et rétention de la cardiolipine phospholipidique dans la membrane mitochondriale interne (IMM) (55). Une conséquence de ces restes bactériens est que la cargaison mitochondriale est considérée comme étrangère par les programmes de surveillance immunitaire intracellulaire et extracellulaire des mammifères. Ces caractéristiques mitochondriales sont en quelque sorte « immunes privilégiées » et isolées du cytosol par enrobage par la membrane mitochondriale externe (OMM). La perte d'intégrité des mitochondries expose ces composants aux récepteurs de reconnaissance de formes immunitaires (PRR), fonctionnant comme des alarmines mitochondriales pour déclencher l'activation immunitaire. Les programmes canoniques de surveillance immunitaire qui reconnaissent les signatures/composantes du stress mitochondrial sont discutés ci-dessous. Il convient de noter que bien que ces programmes soient examinés séparément ici, le potentiel de leur activation simultanée commence à être reconnu ( 56 - 58 ). De plus, l'OMM fonctionne comme une plate-forme structurelle pour l'assemblage de complexes de régulation immunitaire (59 - 61), et les sites de contact mitochondries-réticulum endoplasmique (RE) fonctionnent comme une plaque tournante de signalisation permettant au remodelage métabolique de réactiver les cellules mémoire CD8 + T (62) .

Inflammasome NLRP3. L'inflammasome est un programme de surveillance immunitaire intracellulaire qui reconnaît soit les modèles moléculaires associés aux agents pathogènes (PAMP) soit les modèles moléculaires associés aux dommages dérivés de la cellule hôte (DAMP). L'inflammasome est un complexe multiprotéique qui s'assemble et s'auto-oligomérise pour favoriser le clivage et l'activation des cytokines canoniques, à savoir IL-1β et IL-18, pour amplifier les réponses immunitaires (63, 64). Le domaine d'oligomérisation des nucléotides (NOD-jej'aime) rfamille des récepteurs pl'inflammasome du domaine yrin 3 (NLRP3) est activé par une inflammation stérile associée à des maladies liées aux cristaux comme la goutte et par des maladies métaboliques telles que l'obésité, le diabète, l'hyperlipidémie et les maladies cardiovasculaires (65), et son activation aggrave encore ces maladies (66 - 69 ). Par exemple, dans l'obésité, l'inflammasome est initié par une hypertrophie du tissu adipeux avec une infiltration de macrophages et une sécrétion de cytokines élevée en acides gras saturés circulants, en glucose et en lipides et/ou endotoxémie liée à l'obésité médiée par la régulation à la hausse de NLRP3 et de ses cytokines canoniques (pro-IL -1β et pro-IL-18) via NF-κB (70 – 73). L'induction transcriptionnelle des composants de l'inflammasome NLRP3 est appelée « amorçage » et la signalisation ROS mitochondriale contribue à cette régulation (74, 75). Les ROS mitochondriales induites par l'amorçage facilitent également l'externalisation de la cardiolipine et favorisent l'association de NLRP3 et de caspase-1 avec les mitochondries (76).

Après l'amorçage, l'activation ultérieure est déclenchée par l'assemblage et l'oligomérisation des constituants canoniques de l'inflammasome (65). L'oligomérisation du complexe NLRP3 initie l'activation de la caspase-1 et le clivage de la pro-IL-1β et de la pro-IL-18 en cytokines bioactives qui fonctionnent pour amplifier l'inflammation (63, 64). Plusieurs composants mitochondriaux fonctionnent comme des DAMP NLRP3 après une perturbation de l'intégrité mitochondriale, y compris l'ADNmt (53), la cardiolipine (55, 76) et les ROS mitochondriales (56, 77). Le rôle des mitochondries dans l'orchestration de ce programme est en outre soutenu par (a) l'association étroite entre les mitochondries et la formation du complexe NLRP3, avec une localisation périnucléaire coordonnée pendant l'induction de l'inflammasome (59, 76) (b) le rôle de la protéine de signalisation antivirale mitochondriale (MAVS ) dans le recrutement de NLRP3 dans les mitochondries après activation de l'inflammasome non cristallin (60, 78) et (c) preuve que l'épuisement de l'ADNmt dans les cellules ρ 0 (déficientes en ADNmt) émousse l'activation de l'inflammasome (77). Fait intéressant, l'ADNmt se lie à la fois à l'inflammasome NLRP3 et à l'inflammasome distinct à détection d'ADN double brin AIM2 (79), tandis que l'ADNmt oxydé interagit exclusivement avec NLRP3 (79). Enfin, les mitochondries fonctionnent également comme une plate-forme structurelle sur laquelle plusieurs protéines qui constituent l'inflammasome NLRP3 nucléent et s'assemblent (59, 60, 76, 79, 80).Fait intéressant, de nombreuses affections dégénératives, notamment le diabète de type 2, l'athérosclérose, l'insuffisance rénale chronique et le vieillissement, se manifestent par une inflammation stérile et un dysfonctionnement mitochondrial (66, 69, 81, 82), bien que l'intégration mécanique de ces caractéristiques n'ait pas toujours été confirmée expérimentalement. .

La question de savoir si un dysfonctionnement métabolique mitochondrial plutôt qu'une perturbation en soi active l'inflammasome NLRP3 est moins bien caractérisée (75). Cependant, l'inhibition de la respiration mitochondriale, la promotion de la glycolyse aérobie (75, 83) et/ou l'induction sélective de l'oxydation des acides gras (84) facilitent l'activation de l'inflammasome. De plus, les activateurs de NLRP3 diminuent le potentiel de la membrane mitochondriale et réduisent les niveaux de NAD + intracellulaire, atténuant ainsi l'activité de la désacétylase SIRT2. L'acétylation conséquente de la α-tubuline cible SIRT2 facilite le trafic des composants de l'inflammasome NLRP3 pour s'aligner spatialement et se lier aux mitochondries et au RE pour faciliter l'activation de l'inflammasome (80).

L'enquête pour savoir si le pore de transition de perméabilité mitochondriale (mPTP) régule l'extrusion du contenu mitochondrial dans le cytoplasme a également été explorée. Bien que la structure du mPTP reste controversée (85, 86), sa capacité à faciliter la libération de molécules de poids moléculaire élevé (environ 1,5 kDa) par l'IMM est établie, tout comme le rôle de l'augmentation du calcium intracellulaire (Ca 2+ ) dans l'ouverture du pore (87), et l'inhibition de l'ouverture par la cyclosporine A (CsA) (85, 86). La contribution de la mPTP à l'activation de NLRP3 est soutenue par l'activation de l'inflammasome résultant de l'augmentation du Ca 2+ intracellulaire (88, 89) et par l'émoussement de la CsA de l'extrusion de l'ADNmt (77). L'étude des mécanismes qui sous-tendent l'extrusion de l'ADNmt à travers le mPTP n'a pas été définie de manière exhaustive. Néanmoins, étant donné sa proximité avec les ROS et son manque d'histones protectrices, l'ADNmt est sensible au stress oxydatif avec formation de modifications de la 8-hydroxydésoxyguanosine. Ces modifications de base résident préférentiellement sur des fragments d'ADNmt plutôt que sur un ADNmt circulaire intact (90), et l'activation de mPTP est liée à l'extrusion de fragments d'ADNmt d'une manière dépendante de CsA (91). De plus, l'étendue de cette fuite semble dépendre de la taille du fragment d'ADNmt (92). La CsA émousse de la même manière l'activation de NLRP3 en réponse à de nombreux déclencheurs d'inflammasome ROS-dépendants et ROS-indépendants (55). Enfin, l'interdépendance des différents déclencheurs d'activation immunitaire est encore illustrée par la démonstration que E. coli–La respiration provoquée par le complexe II induit dépend de NLRP3 (48), bien que les mécanismes qui sous-tendent cela ne soient pas clairs.

signalisation ADNmt TLR9. Le TLR9 intracellulaire est un PRR de surveillance immunitaire distinct qui reconnaît l'ADN non méthylé dérivé de bactéries, de virus et d'ADNmt extrudé (93, 94) pour initier une cascade inflammatoire dépendante de la signalisation MyD88 et de la transactivation NF-κB (95). Fait intéressant, une altération du renouvellement mitochondrial (94), une lésion traumatique (54) et une stéatohépatite non alcoolique (96) favorisent l'extravasation de l'ADNmt, déclenchant la signalisation TLR9 qui entraîne une inflammation spécifique à un organe (94, 96) ou systémique (54). Bien que les mécanismes qui sous-tendent la reconnaissance des nucléotides par TLR9 et leur activation ultérieure soient mieux caractérisés pour les nucléotides bactériens et viraux, les programmes induits par l'ADNmt reflètent probablement ces mécanismes. Un mécanisme potentiel par lequel l'ADNmt engage TLR9 est via le trafic dans les vésicules dérivées des mitochondries vers les endosomes (97). Ce mécanisme, ou d'autres mécanismes de circulation de l'ADNmt, sont postulés pour faciliter la présentation de l'antigène étant donné que TLR9, qui réside sur le RE, est recruté dans les compartiments endosome-lysosome (98) pour subir un clivage protéolytique et une activation des récepteurs (99). En général, les motifs CpG qui fonctionnent comme des ligands pour l'activation de TLR9 séquestrent dans le compartiment endosome-lysosome avant de déclencher cette voie de signalisation. En revanche, l'ADNmt extracellulaire libre ou enrobé de microparticules active cette voie via les PRR de surface des cellules immunitaires canoniques ou via le récepteur membre de la superfamille des immunoglobulines pour les produits finaux de glycation avancée (RAGE), qui subit une endocytose pour initier une signalisation dépendante de TLR9 (100, 101). Fait intéressant, cette voie inflammatoire médiée par RAGE régule la bioénergétique mitochondriale (102), bien que cette boucle de rétroaction mitochondriale potentielle soit déclenchée par la libération d'ADNmt ne semble pas avoir été étudiée.

Signalisation cGAS-STING. Le cGAS/STING à détection d'ADN cytosolique (cyclic gdéputé–UNEdéputé ssynthase liée à stimitateur de dansterféron genes) est activée en réponse à des infections virales exogènes (103) et en réponse à une fuite d'ADN endogène associée au cancer et au vieillissement (104). La détection de l'ADN cytoplasmique par cGAS génère un dinucléotide cyclique cGAMP comme second messager pour activer STING. La phosphorylation en aval et l'activation du facteur de régulation IFN 3 (IRF3) transactivent l'expression de l'IFN-β et des gènes canoniques stimulés par l'IFN. Parallèlement à l'activation de NLRP3 et à la signalisation TLR9, l'ADNmt active la signalisation cGAS/STING et IFN de type I (2). Une voie intrigante pour l'échappement de l'ADNmt lors de l'activation de cGAS/STING a été identifiée via l'OMM dans le contexte de l'apoptose, dans laquelle les canaux apoptotiques de Bak et Bax libèrent l'ADNmt (105, 106). Normalement, cette fuite est inerte car l'ADNmt est lysé par activation simultanée de caspases apoptotiques (105, 106). Cependant, lorsque les caspases apoptotiques sont inhibées ou génétiquement perturbées, la signalisation IFN de type I est initiée et se manifeste par une résistance accrue aux infections virales (106). L'énigme reste de savoir comment l'IMM est rompu étant donné que cette membrane n'est pas nécessairement perturbée lors de l'apoptose (107). Une découverte récente montre que les protéines OMM Bak et Bax génèrent des macropores qui facilitent la hernie IMM avec l'efflux d'ADNmt (108). La possibilité que ce mécanisme soit opérationnel pour initier la signalisation cGAS/STING est intrigante, mais pas encore prouvée.

Néanmoins, la machinerie moléculaire orchestrant l'activation de cGAS/STING initiée par l'ADNmt a été davantage caractérisée à la suite d'une perturbation génétique du facteur de transcription A, mitochondrial (TFAM), une protéine régulatrice qui contrôle la transcription des mitochondries et l'intégrité traductionnelle et nucléoïde mitochondriale (109). Les cellules TFAM haplo-insuffisantes présentent une capacité de réparation de l'ADNmt perturbée et une distribution de l'ADNmt déformée parallèlement à l'activation cGAS/STING (110). Le rôle de l'ADNmt dans l'inflammation induite par une carence en TFAM a été validé par la preuve d'une signalisation antivirale émoussée suite à l'épuisement de l'ADNmt par l'inhibition de la réplication de l'ADNmt par la didésoxycytosine. En revanche, la perturbation des programmes de contrôle de la qualité mitochondriale (développés ci-dessous) dans les cellules hétérozygotes TFAM a exacerbé la signalisation IFN de type I (110). Fait intéressant, et peut-être en raison du rôle de TFAM dans le contrôle de l'empaquetage nucléoïde, des fragments d'ADNmt distincts de la région régulatrice de la boucle D ont été impliqués dans l'activation de cGAS/STING (111). La question de savoir si la région d'ADNmt de la boucle D confère une spécificité pour la signalisation IFN nécessite une exploration. Parallèlement à la signalisation apoptotique défectueuse en caspase, la réduction des niveaux de TFAM amorce également la signalisation antivirale en réponse à l'invasion d'agents pathogènes et à la provocation virale.

Signalisation antivirale mitochondriale. Une autre famille de PRR liée aux mitochondries est constituée des récepteurs (RLR) de type I (RIG-I) inductibles par l'acide rétinoïque (14). Une molécule adaptatrice ancrée dans l'OMM, appelée protéine de signalisation antivirale mitochondriale (MAVS), est une plate-forme essentielle pour la transduction du signal RLR antiviral (61). Le domaine transmembranaire C-terminal MAVS ressemble à d'autres domaines transmembranaires de la protéine OMM, et sa déplétion annule la localisation OMM MAVS (61). Ce domaine transmembranaire s'est avéré faciliter la dimérisation de MAVS, fournissant une interface pour la liaison directe et l'activation des molécules effectrices immunitaires en aval (112). Bien que les mécanismes orchestrant le recrutement des molécules de signalisation RLR vers les mitochondries restent incertains, d'autres protéines OMM fonctionnent comme des cofacteurs MAVS. La protéine TOM70, qui fonctionne comme un récepteur de pré-protéine OMM pour l'importation de protéines mitochondriales, se lie à MAVS, et l'interaction ultérieure entre TOM70 et le chaperon HSP90 orchestre la liaison des molécules effectrices RLR pour coordonner la signalisation antivirale (113). Fait intéressant, cette exigence de localisation mitochondriale pour activer le signalosome MAVS est exploitée par des virus, comme en témoigne le virus de l'hépatite C, qui code pour une sérine protéase qui clive MAVS de l'OMM pour empêcher la signalisation antivirale (114).

Une voie de déclenchement immunitaire supplémentaire de l'ADNmt a récemment été décrite. Ici, l'exposition des cellules T, des cellules B, des cellules NK, des monocytes et des neutrophiles à des oligonucléotides distincts promulgue l'éjection de l'ADNmt hors de la cellule, ce qui crée des structures filamenteuses en forme de toile qui activent la signalisation IFN de type I dans les cellules adjacentes (115). Ce processus est insensible à l'inhibition par TLR9, cGAS/STING, l'inflammasome AIM2, ROS ou les inhibiteurs des pores de transition de perméabilité (115). Bien que ce processus nécessite une caractérisation plus poussée, il ajoute un déclencheur auparavant non reconnu pour une activation immunitaire rapide. La contribution des composants mitochondriaux à la régulation immunitaire est illustrée à la figure 2.

Activation des voies immunitaires liée aux mitochondries. Le contenu et la structure mitochondriale peuvent jouer un rôle essentiel dans l'activation de la signalisation inflammatoire en réponse aux effets du stress ou aux infections virales. L'ADNmt extracellulaire peut activer l'inflammation induite par NF-κB via le récepteur TLR9 intracellulaire. Alternativement, l'ADNmt libéré peut initier la signalisation IFN de type I dans les cellules immunitaires adjacentes. En réponse aux facteurs de stress mitochondriaux, l'ADNmt endommagé par les ROS, les ROS mitochondriales et la libération de cardiolipine (CL) de l'IMM peuvent activer l'inflammasome NLRP3 pour promouvoir la signalisation IL-1β et IL-18. La perte de l'intégrité mitochondriale avec l'extrusion de l'ADNmt peut également activer la voie cGAS/STING et la signalisation IFN de type I. Enfin, la mitochondrie fonctionne comme une plate-forme pour la dimérisation de MAVS pour activer une combinaison de signalisation régulatrice NF-κB et IFN en réponse aux infections virales.

Dans l'ensemble, il existe des preuves d'un chevauchement considérable entre les programmes de surveillance immunitaire déclenchés par la cargaison mitochondriale, et il est concevable qu'ils puissent fonctionner indépendamment et/ou être activés de manière coordonnée (56, 57). Des études supplémentaires sont nécessaires pour évaluer si des mécanismes partagés ou distincts d'extrusion de l'ADNmt et de la signalisation mitochondriale des ROS (65, 116), ainsi que différentes espèces d'ADNmt, dictent l'engagement de ces divers capteurs de surveillance immunitaire intracellulaire.

Il va de soi que si la perturbation de l'intégrité mitochondriale propage la détection et l'activation immunitaires innées, l'amélioration du contrôle de la qualité mitochondriale devrait conférer une résistance immunitaire. Bien qu'une discussion approfondie de ces programmes de contrôle de la qualité mitochondriale dépasse le cadre de cette revue, les preuves émergentes à l'appui de cette proposition sont brièvement examinées. La qualité des mitochondries est contrôlée par de nombreux programmes de réglementation, notamment le contrôle de la biogenèse et de la dynamique mitochondriale (117), de l'autophagie (119) et de la protéostase (120, 121) et le rôle des programmes de « détection des nutriments » pour maintenir fidélité mitochondriale (122).

Dynamique mitochondriale. Le contrôle de la fission et de la fusion mitochondriale joue un rôle important dans le contrôle de l'intégrité mitochondriale, du métabolisme et des niveaux d'ADNmt (118). De plus, la dynamique mitochondriale facilite le renouvellement des composants mitochondriaux endommagés en coordination avec d'autres programmes d'entretien ménager, notamment l'autophagie et la protéostase. La machinerie moléculaire contrôlant la dynamique mitochondriale est bien caractérisée (123) et leur perturbation génétique est liée à la modulation immunitaire. Ceci est illustré par les observations selon lesquelles le knockdown de la protéine de fusion OMM, la mitofusine 2 (Mfn2), a abrogé l'activation de l'inflammasome NLRP3 induite par l'infection virale (124) et que la modulation des niveaux de Mfn2 contrôlait l'activation des cellules CD4 + T (125). Une fonction non canonique de Mfn2 inhibe de manière similaire la signalisation antivirale par interaction avec MAVS (126) et l'induction génétique de la fission mitochondriale pour éliminer l'ADNmt endommagé abroge la signalisation IFN de type I dans les cellules appauvries en TFAM (110). La régulation de la dynamique mitochondriale est également étroitement liée au remodelage métabolique dans les cellules T en ce sens que la fusion mitochondriale génétiquement conduite dans les cellules T effectrices glycolytiques force la reprogrammation vers le métabolisme oxydatif et la fonction des cellules T mémoire (127). Fait intéressant, la perturbation de la fusion mitochondriale dans les cellules non immunitaires peut également évoquer une inflammation via la signalisation TLR9 en réponse à une fuite d'ADNmt (128).

Autophagie mitochondriale. Le recyclage des composants complets ou endommagés des mitochondries se produit de manière isolée (mitophagie) ou en tant que composant d'un recyclage plus large du contenu cellulaire (macroautophagie/autophagie) pour maintenir le contrôle de la qualité mitochondriale. La machinerie moléculaire régissant à la fois la mitophagie et l'autophagie est bien définie, et la perturbation moléculaire ou pharmacologique de ces programmes démontre leur lien avec l'immunité innée (129). L'épuisement génétique des médiateurs de l'autophagie perturbe l'autophagie et la mitophagie avec l'extrusion subséquente de l'ADNmt dans le cytosol. Les conséquences d'une clairance mitochondriale réduite activent l'inflammasome NLRP3 et la production d'IFN de type I RLR (59, 77, 116). Inversement, l'activation d'un membre de la famille des inflammasomes induits par des bactéries, NLRC4, par Pseudomonas aeruginosa qui présentait des dommages mitochondriaux est abrogé par induction de l'autophagie (130). Le contrôle du contenu mitochondrial par l'autophagie est également opérationnel pour maintenir le potentiel de régénération des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Ici, les réductions de l'autophagie associées au vieillissement augmentent le contenu mitochondrial et l'activité métabolique, entraînant une différenciation myéloïde accélérée et un renouvellement réduit des CSH (131). La mitophagie est également régulée, en partie, par la ligase E3 parkin (132) et des mutations dans le gène codant pour la parkin PARC2 conduire à un début précoce de la maladie de Parkinson (MP) (133). La neuroinflammation est de plus en plus reconnue dans la MP (134) et la parkin régule les voies inflammatoires (135-137). Cependant, si la neuroinflammation liée à la parkin est liée à la mitophagie ne semble pas avoir été étudiée.

Sirtuines. La famille des sirtuines d'enzymes désacylases, comprenant trois principales désacétylases dépendantes du NAD +, joue un rôle important dans l'homéostasie mitochondriale (122). En bref, les fonctions régulatrices mitochondriales de ces désacétylases peuvent être illustrées par (a) la contribution de SIRT1 au contrôle de la régulation nucléaire de la biogenèse mitochondriale et à la transduction du signal de détection des nutriments (122) (b) la modulation par SIRT2 de la localisation subcellulaire mitochondriale et du contrôle des nutriments -transduction du signal de détection (138, 139) et (c) désacétylation SIRT3 et régulation des protéines métaboliques et homéostatiques mitochondriales (140). Les études liant ces effets de la sirtuine à la modulation immunitaire sont limitées. La pluralité d'effets immunorégulateurs de SIRT1 n'est pas directement liée à la fonction mitochondriale en soi, mais est plutôt liée via la désacétylation et l'inactivation de la sous-unité RelA/p65 du transactivateur inflammatoire canonique NF-κB et via l'activation de la kinase AMPK, qui module la bioénergétique et active l'autophagie (141). Néanmoins, l'activation de SIRT1 biaise les macrophages vers leur polarité réparatrice via une oxydation accrue des acides gras (142). SIRT2 désacétyle et déstabilise les microtubules, ce qui perturbe le trafic des organites intracellulaires. Comme décrit précédemment, l'inhibition de SIRT2 induite par l'inflammasome a optimisé l'alignement spatial des mitochondries dirigé par les microtubules pour amplifier l'inflammasome NLRP3 (80). Il a été démontré que l'activation de SIRT3 désacétyle et active la superoxyde dismutase mitochondriale (SOD2), qui inhibe l'inflammasome NLRP3 en atténuant la génération de ROS mitochondriale et en réduisant les fuites d'ADNmt (6, 56). L'absence de SIRT3 augmente de manière similaire l'inflammation tubulaire rénale induite par les acides gras via une altération du métabolisme oxydatif mitochondrial et une augmentation des ROS mitochondriaux (143).

D'autres programmes de contrôle de la régulation mitochondriale liés à l'inflammation comprennent la régulation de la biogenèse mitochondriale et la modulation de la protéine de découplage 2 (UCP2). Fait intéressant, l'IFN-γ dirige un programme de régulation transcriptionnelle régissant la biogenèse mitochondriale (144). L'induction de la biogenèse augmente la fonction respiratoire mitochondriale et les ROS pour contrôler les infections bactériennes, et la perturbation génétique de la biogenèse mitochondriale réduit la production de ROS avec une capacité d'élimination bactérienne murine réduite (144). À un niveau de régulation distinct, la membrane mitochondriale interne UCP2 module les ROS mitochondriales des cellules myéloïdes. Ici, l'ablation génétique d'UCP2 augmente la signalisation inflammatoire sensible aux ROS initiée par TLR4 (145). De plus, les souris UCP2-KO présentent une augmentation des ROS mitochondriales myéloïdes et une résistance accrue aux infections microbiennes intracellulaires (146).

En plus de la perturbation évidente de l'intégrité mitochondriale en réponse aux infections virales et bactériennes intracellulaires ainsi qu'aux lésions cellulaires traumatiques (54), la physiopathologie des maladies auto-immunes et inflammatoires est également liée à l'immunmétabolisme et à l'immunogénicité mitochondriale.

Le lupus érythémateux disséminé. La maladie auto-immune du lupus érythémateux disséminé (LED) est caractérisée par des lésions multiviscérales dues à une immunité innée et adaptative dérégulée. Le remodelage métabolique des cellules immunitaires, les ROS mitochondriales et les perturbations de l'ADNmt contribuent à cette physiopathologie (147). Les signatures d'immunométabolisme incluent des preuves que le facteur d'activation des cellules B de cytokine lié au LED (148) favorise le remodelage métabolique des cellules B avec une glycolyse améliorée et une plus grande capacité de génération d'anticorps (33) et que les cellules CD4 + T des humains avec des modèles de lupus et de souris présentent une augmentation phosphorylation oxydative et glycolyse par rapport aux témoins (149).

Les ROS mitochondriales et l'ADNmt contribuent simultanément à la formation de pièges extracellulaires neutrophiles (NET), dans lesquels l'ADNmt oxydé induit par les ROS s'intègre et amplifie la NETose. L'ADNmt oxydé active également la signalisation IFN de type I dépendant de STING pour exacerber le lupus (150). Les rôles de l'immunmétabolisme et de l'activation immunitaire liée aux mitochondries dans le LED sont schématisés à la figure 3.

Remodelage métabolique et médiateurs mitochondriaux du LED. La pathologie du LED englobe un large éventail d'événements déclenchés par l'immunométabolisme et les mitochondries. Le remodelage immunométabolique est évident à la fois dans les cellules T effectrices, entraînant la production de cytokines, et dans les cellules B, favorisant la génération d'anticorps. L'activation des neutrophiles par les complexes immuns augmente les ROS mitochondriales, ce qui favorise l'oxydation de l'ADNmt. Par la suite, l'extrusion simultanée de l'ADNmt endommagé par les ROS et de l'ADN nucléaire/génomique des TNE déclenche la signalisation IFN de type I dépendante de l'ADNmt et médiée par STING.En parallèle, l'ADNmt endommagé par les ROS peut également déclencher la signalisation cGAS/STING dans les cellules immunitaires selon un mécanisme distinct de la NETosis.

Polyarthrite rhumatoïde et autres maladies auto-immunes. La polyarthrite rhumatoïde (PR) est principalement caractérisée par une inflammation de la synovie articulaire entraînant une polyarthrite. Le rôle immunogène des mitochondries dans cette physiopathologie est soutenu par une production de ROS mitochondriale nettement accrue dans les monocytes circulants (151) et des preuves de niveaux excessifs d'ADNmt dans le liquide synovial des patients atteints de PR (152, 153). De plus, l'injection intra-articulaire d'ADNmt mais pas d'ADN nucléaire évoque l'arthrite dans les modèles animaux (153) et chez l'homme, les niveaux d'ADNmt articulaire sont en corrélation avec les biomarqueurs inflammatoires de la gravité de la maladie (151, 152). Il reste à déterminer si ces déclencheurs mitochondriaux initient ou amplifient la PR.

D'autres maladies immunitaires liées aux mitochondries comprennent la fibromyalgie, une maladie dans laquelle les mutations du gène du cytochrome B sont en corrélation avec l'activité de l'inflammasome NLRP3 (154). De plus, les anticorps dirigés contre les enzymes mitochondriales codées dans le noyau, appelés anticorps anti-mitochondries, sont des biomarqueurs pathognomoniques de la cirrhose biliaire primitive (155).

Les haplotypes mitochondriaux ont également été liés à des maladies inflammatoires telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge (156) et l'inflammation dépendante de l'ADNmt est associée aux maladies cardiovasculaires et hépatiques et liée à l'immunosénescence et à d'autres affections dégénératives associées au vieillissement (2).

Étant donné l'importance du remodelage métabolique mitochondrial dans la polarité et l'activation des cellules immunitaires et l'impact de l'intégrité mitochondriale sur l'inflammation, la modulation de ces effets mitochondriaux est une cible intrigante pour réguler l'activité immunitaire.

Modulateurs métaboliques de la fonction immunitaire. De nombreux composés qui remodèlent les voies métaboliques pourraient être des cibles potentielles pour contrôler l'immunmétabolisme. L'utilisation de ces composés pour tempérer les maladies humaines ou pour l'évaluation dans des modèles de maladies murines commence à être explorée, et des exemples sont brièvement passés en revue ci-dessous.

Semblable aux résultats selon lesquels l'oxydation du succinate favorise la polarité M1, le malonate de diméthyle (DMM) et l'acide 3-nitropropionique ont émoussé l'activité SDH et amélioré E. coli infection chez la souris, et le DMM a également émoussé la septicémie murine induite par le LPS (16, 48). Comme décrit dans la section du cycle du TCA, les intermédiaires du TCA, le fumarate de diméthyle et l'itaconate modulent directement les protéines régulatrices métaboliques et immunitaires via des modifications post-traductionnelles (43, 44). Dans le prolongement de ces découvertes, l'acide heptélidique, qui modifie de manière covalente les mêmes résidus de cystéine catalytique sur GAPDH pour inhiber son activité, émousse l'encéphalopathie auto-immune chez la souris (44), et le dérivé itaconate perméable aux cellules 4-octyl itaconate contrecarre l'inflammation induite par le LPS. dans les macrophages et chez les souris (43).

De plus, étant donné l'induction parallèle de la phosphorylation oxydative mitochondriale et de la glycolyse dans les cellules SLE CD4 + T, une combinaison de metformine pour bloquer la respiration mitochondriale et de 2-désoxyglucose (2-DG) pour réduire l'absorption de glucose et la glycolyse a été testée dans des cellules humaines primaires et dans modèles de lupus murin (149, 157). Administrés séparément, la metformine ou le 2-DG ont empêché l'activation des cellules T murines, et la metformine seule a émoussé la sécrétion d'IFN-γ des cellules CD4 + T du lupus humain (149, 157), tandis que les agents combinés étaient nécessaires pour inverser le lupus murin (157).

Interventions pour améliorer l'intégrité mitochondriale. Étant donné que le NAD + fonctionne comme un cofacteur dans l'activation de la sirtuine, de nombreux précurseurs intermédiaires métaboliques du NAD + ont été utilisés pour tester leurs effets sur l'amélioration de l'intégrité mitochondriale dans la maladie (158 - 160). Le nicotinamide riboside (NR), un précurseur de la voie de récupération NAD +, a activé les cibles SIRT3 et émoussé l'inflammasome NLRP3 dans les cellules mononucléées primaires du sang périphérique humain (6) et dans un modèle murin de stéatose hépatique (161). De plus, l'administration du mononucléotide précurseur du nicotinamide NAD + a également émoussé la production d'IL-1β des îlots pancréatiques chez des souris diabétogènes (162). Enfin, l'administration d'un anticorps neutralisant pour perturber la CD38 NADase a augmenté les niveaux de NAD + des lymphocytes T, a conféré un remodelage métabolique et augmenté le fonctionnement antitumoral de ces cellules effectrices (163).

antagonistes du TLR9. Les antagonistes du TLR9 sont en cours de développement pour une utilisation clinique, et leur efficacité après l'activation du TLR9 médiée par l'extrusion de l'ADNmt était évidente dans des modèles de maladie, y compris la protection contre la myocardite murine avec défectuosité de la mitophagie et la stéatohépatite non alcoolique (94, 96). Les antagonistes de TLR9 émoussent de manière similaire la NETose induite par l'ADNmt dans les neutrophiles humains primaires (164) et réduisent les symptômes auto-immuns dans un lupus murin induit chimiquement (165).

Inhibiteurs mitochondriaux de ROS. Le rôle des ROS mitochondriales dans la modulation immunitaire a été décrit tout au long de cette revue, et l'effet de l'émoussement des ROS mitochondriales sur la modulation immunitaire a été exploré. Des exemples de ceci incluent l'administration du mitoTEMPO mitochondrial ciblant la SOD pour atténuer l'inflammasome dans les macrophages humains (6) et pour améliorer la signalisation de l'IFN de type I dans le lupus murin (150).

Régimes hypocaloriques. Bien qu'il ait été découvert que le jeûne intermittent atténue les maladies inflammatoires et les marqueurs de l'activation immunitaire innée, les mécanismes à la base de cette régulation sont incomplètement caractérisés (5, 7 – 10). Pour explorer la contribution mitochondriale à cette biologie, un jeûne prolongé a été interrogé chez des sujets humains et dans un modèle murin et a montré que l'inflammasome NLRP3 était émoussé, en partie, via l'activation de SIRT3 avec une amélioration de la respiration mitochondriale et une fidélité mitochondriale accrue (6, 56) .

À la lumière de la reconnaissance du rôle des mitochondries dans la modulation immunitaire, de nombreuses études en cours exploiteront ce lien pour explorer le rôle de la modulation mitochondriale pour contrôler les réponses immunitaires.

Le domaine de l'immunométabolisme en est à ses balbutiements, et notre compréhension de la manière dont divers programmes de surveillance immunitaire s'intègrent à la fidélité mitochondriale identifie de nouvelles cibles pour la modulation de l'activité immunitaire innée. Une caractérisation plus poussée de ces voies devrait cimenter le rôle central de la mitochondrie dans la direction de la santé et de la maladie. Une mise en garde importante dans ce domaine concerne les différences significatives entre les systèmes immunitaires murin et humain (11, 57, 63, 166, 167). Cette mise en garde renforce notre besoin de poursuivre l'exploration de sujets humains pour comprendre le rôle des mitochondries dans l'orchestration de la fonction immunitaire et de la pathologie (168). A l'inverse, l'accessibilité relative des cellules immunitaires humaines offre l'opportunité de progresser rapidement dans l'exploration et l'interrogation des mitochondries pour comprendre leur rôle dans la fonction immunitaire. Enfin, étant donné notre compréhension croissante du rôle des mitochondries dans l'activation immunitaire, le commentaire de Lewis Thomas selon lequel « les mitochondries sont des locataires stables et responsables, et je choisis de leur faire confiance » (169) devrait inclure la clause suivante : « si elles conservent leur fidélité. et un emplacement approprié dans les cellules.

Cette revue est centrée sur les mitochondries et se concentre sur le rôle central des mitochondries dans la régulation de la polarité, de l'activation et de la signalisation immunitaire des cellules immunitaires. La signalisation des voies immunitaires n'a pas fait l'objet d'un examen approfondi. De plus, les contraintes d'espace ont limité l'inclusion de tous les articles originaux soutenant les concepts explorés. MNS est soutenu par le NIH, National Heart, Lung, and Blood Institute Division of Intramural Research (ZIA-HL006047-07 et ZIA-HL005102-12)

Conflit d'intérêt: L'auteur a déclaré qu'il n'existe aucun conflit d'intérêts.


Voir la vidéo: Community Editor Tutorial (Août 2022).