Recrutement des sous-unités p47phox et Rac lors de l’activation de la NADPH oxydase dans les phagocytes

par Marie-Cécile Faure

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Olivier Nüsse et de Eric Tschirhart.

Le président du jury était Marc Le Maire.

Le jury était composé de Jean-Pol Frippiat.

Les rapporteurs étaient Marie-Hélène Paclet, Florence Niedergang.


  • Résumé

    Lors d’une infection, les polynucléaires neutrophiles phagocytent l’agent pathogène et le détruisent grâce à la production de formes réactives de l’oxygène (FRO) par la NADPH oxydase. Cette enzyme est constituée de sous-unités membranaires (Nox2, p22phox) et cytosoliques (p67phox, p47phox,p40phox, Rac) qui s’assemblent soit à la membrane plasmique, lors de l’activation des cellules par unstimulus soluble comme le fMLF, soit à la membrane du phagosome, lors de la phagocytose de particules. La régulation de la NADPH oxydase implique divers facteurs comme la signalisation calcique et les lipides, notamment les phospholipides anioniques. En effet, il a été montré que l’activation et la translocation de la petite protéine G Rac peuvent être dépendantes du calcium. D’autre part les sous unités Rac et p47phox peuvent interagir avec les phospholipides anioniques tels que la phosphatidylsérine,grâce à des interactions stéréosélectives et/ou électrostatiques.L’objectif de ce travail est donc d’évaluer le rôle du calcium et de la phosphatidylsérine dans le recrutement de p47phox et/ou Rac lors de l’assemblage de NADPH oxydase. Pour suivre la dynamique des deux protéines, nous avons exprimé ces sous-unités marquées avec des protéines fluorescentes dans des lignées phagocytaires mimant les neutrophiles (HL-60 et PLB-985). Nous avons ainsi pu suivre, parvidéomicroscopie, le déplacement des sous-unités marquées lors d’une stimulation par fMLF ou PMA etdurant la phagocytose de particules opsonisées. Après stimulation par fMLF, Rac1 transloque du cytosol à la membrane plasmique, alors que le mutant constitutivement actif de Rac1 est constamment localisé àla membrane plasmique, indépendamment de la stimulation par fMLF. De plus après stimulation parPMA, le mutant constitutivement actif de Rac2 transloque à la membrane plasmique, suggérant que sa translocation pourrait être possible en absence d’un influx de calcium extracellulaire. Lors de laphagocytose, en masquant la phosphatidylsérine avec le domaine C2 discoïdine de la lactadhérine qui lie spécifiquement ce phospholipide, nous avons pu montrer que la phosphatidylsérine régule la productioninitiale des FRO en favorisant le recrutement de p47phox et de Rac2 au phagosome. De plus, ces deux sous-unités se détachent du phagosome alors que la production intraphagosomale de FRO continue,suggérant que leur départ n’est pas un signal de terminaison pour l’activité oxydase. Plus précisément,p47phox et Rac2 sont recrutées de manière transitoire, pendant seulement 1 à 3 minutes après la fermeturedu phagosome. Ceci est en accord avec le modèle qui propose que p47phox servirait principalement à transporter p67phox au phagosome, et que les deux sous-unités p47phox et Rac2 faciliteraient le positionnement de p67phox dans le complexe membranaire.

  • Titre traduit

    Recruitment of p47phox and Rac subunits during the activation of the NADPH oxidase in phagocytes


  • Résumé

    During phagocytosis, neutrophils internalize pathogens in a phagosome and kill them through the production of reactive oxygen species (ROS) by the NADPH oxidase enzyme. The cytosolic NADPHoxidase subunits (p67phox p47phox, p40phox, Rac2) and the membranous subunits (Nox2, p22phox) assemble either at the plasma membrane after stimulation with soluble agonist, or at the phagosomal membrane during particle phagocytosis. The regulation of this enzyme involves several actors like calciumsignalling and anionic phospholipids. Actually Rac activation and translocation was found to be calciumdependent and, on the other hand, p47phox and Rac can interact with anionic phospholipids such asphosphatidylserine through stereoselective and/or electrostatic interactions.Therefore we wanted to investigate the role of calcium and phosphatidylserine in p47phox and Racmembrane recruitment. To study this dynamic, we expressed the subunits tagged with a fluorescentprotein in neutrophil-like cells (HL-60 and PLB-985), and followed them by videomicroscopy duringfMLF or PMA stimulation or during phagocytosis of opsonised particles. After fMLF stimulation, Rac1translocated from the cytosol to the plasma membrane whereas constitutively active form of Rac1 waspermanently located at the plasma membrane, independently of fMLF stimulation. In addition, afterPMA treatment, constitutively active form of Rac2 translocated to the plasma membrane, suggesting thatits translocation could occur without extracellular calcium entry. By using the specific phosphatidylserine binding discoïdine C2 domain of lactadherin, we could mask this phospholipid andfound that phosphatidylserine is involved in NADPH oxidase activity by participating in the phagosomalrecruitment of p47phox and Rac2. In addition we show that these two subunits detached from thephagosome while ROS production continued for a longer period, suggesting that their dissociation fromthe complex is not a termination signal for oxidase activity. More precisely, p47phox and Rac2 werebriefly recruited to the phagosomal membrane, for 1 to 3 minutes after the phagosome closure. These results support the model in which p47phox serves as a carrier for p67phox and both p47phox and Rac2 areadapters that correctly position p67phox in the complex.


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