Crosstalk Between Apoptosis and Autophagy : BH3 Mimetics Activate Multiple Pro-Autophagic Pathways

par Shoaib Ahmad Malik

Thèse de doctorat en Biochimie, Biologie Cellulaire et Moléculaire

Sous la direction de Guido Kroemer.

Le président du jury était Patrice Codogno.

Le jury était composé de Guido Kroemer, Patrice Codogno, Mojgan Djavaheri-Mergny, Janet Hall.

Les rapporteurs étaient Philippe Juin, Mojgan Djavaheri-Mergny.

  • Titre traduit

    Lien entre apoptose et autophagie : les «BH3 mimetics» activent plusieurs voies pro-autophagiques


  • Résumé

    La macro-autophagie est une voie catabolique conservée dans l’évolution permettant la dégradation des organites endommagés ou vieux, des protéines à longue durée de vie ou agrégées et des portions du cytosol pour le recyclage métabolique afin de maintenir l'homéostasie cellulaire. L'absence d'autophagie est fréquemment observée dans de nombreuses pathologies incluant les cancers et les maladies neurodégénératives. Beclin 1, un suppresseur de tumeur,est une protéine clé dans la régulation de l’autophagie et participe à la nucléation de l’autophagosome. Beclin 1 est une protéine “BH3-only” pouvant interagir avec le site de fixation au domaine BH3 présent dans la protéine Bcl-2 et ses homologues. Cette interaction inhibe l’autophagie. Certains agents pharmacologiques tels qu’ABT737, appelés«BH3 mimetics», occupent le site de fixation du domaine BH3 de façon compétitive pour perturber l'interaction inhibitrice entre Beclin 1 et Bcl-2/Bcl-XL. Ceci permet à Beclin 1 de maintenir l’activité classe IIIphosphatidylinositol-3-kinase de Vps34 pour la formation du phagophore. L'autophagie est un processus finement régulé par de nombreux complexes protéiques. Les senseurs de la charge énergétique comme l’AMP-dependant kinase(AMPK), la cible mammalienne de la rapamycine (mTOR), la Sirtuin1 (SIRT1) ou les voies d’intégration du stress telles que celles impliquant l'inhibiteur des kinases NF-κB (IκBα) (IKK) et le suppresseur de tumeur p53, ont tous un impact majeur dans la régulation de l'autophagie. Dans de nombreux paradigmes de stimulation autophagique, ils semblent tous agir en amont de la dissociation Beclin 1-Bcl-2. Nos résultats révèlent qu’ABT737 stimule plusieurs voies pro-autophagiques pour obtenir une efficacité optimale. Ces résultats placent la SIRT1, AMPK / mTOR, HDM2et IKK en aval de la dissociation du complexe Beclin 1-Bcl-2. Cette étude démontre que les BH3-mimetics activent des voies multiples de stimulation de l’autophagie, peut-être en raison du degré élevé de connectivité qui existe entre les complexes protéiques de régulation de l’autophagie. Cela signifie qu’un effet spécifique sur l’interactome de Beclin 1 peut affecter d'autres voies dans le réseau du contrôle autophagique. Ces voies ne semblent pas suivre une hiérarchie linéaire, mais doivent être plutôt interconnectées dans un circuit complexe dans lequel la stimulation de l'autophagie par des déclencheurs physiologiques (tels que la carence en nutriments ou le stress des organites) induit un ensemble de changements intimement liés et impliqués dans une boucle de régulation positive qui constituerait un ensemble indissociable composant l’«autophagy switch».


  • Résumé

    Macro-autophagy is a conserved catabolic pathway that culminates in the degradation of old/damaged organelles,long-lived/aggregated proteins and portions of the cytosol for metabolic recycling to maintain cellular homeostasis.The absence of autophagy is frequently observed in many pathologies including cancers and neurodegenerative diseases. Beclin 1, a bona fide tumour suppressor, is the key autophagy regulatory protein that participates in autophagosome nucleation. Infect, Beclin 1 is a BH3-only protein that can interacts with the BH3 receptor domain contained within Bcl-2 and its homologues. This interaction functions as a inhibitory check on autophagy. Some pharmacological agents such as ABT737, referred to as ‘BH3 mimetics’, occupy the BH3-binding grooves to competitively disrupt the inhibitory interaction between Beclin 1 and Bcl-2/Bcl-XL allowing Beclin 1 to maintain the class III phosphatidylinositol-3-kinase activity of Vps34 for the phagophore formation. Autophagy is a complex process that is regulated by multiple protein complexes beyond that organized around Beclin 1. The energy sensors including AMP-dependent kinase (AMPK), mammalian target of rapamycin (mTOR), Sirtuin1 (SIRT1) as well as stress-integrating pathways such as those involving the inhibitor of NF-κB (IκB) kinases (IKK) and the tumour suppressor protein p53, all have a major impact on the regulation of autophagy. In many paradigms of autophagic stimulation, they all seem to act upstream of the dissociation of Beclin 1-Bcl-2. Our results reveal that ABT737stimulate multiple pro-autophagic pathways to be optimally efficient. These results place SIRT1, AMPK/mTOR,HDM2 and IKK downstream of the dissociation of the Beclin 1-Bcl-2 complex. This study advocates that BH3mimetics trigger multiple autophagy-stimulatory pathways maybe due to the high degree of connectivity that exists among autophagy-regulatory protein complexes meaning that a specific effect on the Beclin 1-interactome might affect other nodes in the autophagy-controlling network. These pathways cannot follow a linear hierarchy and rather must be interconnected in a complex circuitry, in which stimulation of autophagy by physiological triggers (such as starvation or organelle stress) induce an ensemble of intimately linked changes that are coupled to each other in positive feed forward loops constituting an indissociable ensemble that composes the “autophagic switch”.


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