Molecular analysis of the prosurvival effect of cytosolic Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) in neutrophils

par Alessia De Chiara

Thèse de doctorat en Hématologie et oncologie

Sous la direction de Véronique Witko-Sarsat.

Soutenue le 22-01-2014

à Paris 5 , dans le cadre de École doctorale Biologie et biotechnologie (1997-2014 ; Paris) .

  • Titre traduit

    Analyse moléculaire de l’effet prosurvie du cytosolique Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) dans les neutrophiles


  • Résumé

    Le polynucléaire neutrophile (PMN), cellule clé de l’immunité innée, est la première cellule à être recrutée sur le site inflammatoire. Après avoir détruit l’agent pathogène, il entre en apoptose puis est éliminé par les macrophages pour éviter le déversement de son contenu lytique, dangereux pour l’environnement. La régulation de la balance survie/apoptose du neutrophile est donc une étape cruciale de la résolution de l’inflammation. Notre laboratoire a mis en évidence la présence du Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) dans le neutrophile mature. PCNA est exprimé dans le noyau des cellules proliférantes, où il est impliqué dans la réplication/réparation de l’ADN et dans le contrôle du cycle cellulaire. PCNA est une protéine trimérique conservée au cours de l’évolution dépourvue d’activité enzymatique. En effet, PCNA constitue une “plateforme” qui interagit avec différents partenaires protéiques et orchestre leurs fonctions. De plus, pour assurer sa fonction, PCNA doit être obligatoirement sous forme trimérique. Dans le neutrophile mature, il a été démontré que PCNA avait une localisation exclusivement cytosolique et qu’il contrôlait spécifiquement la survie du neutrophile. La translocation de PCNA du noyau au cytosol a lieu pendant la différenciation granulocytaire. Elle est dépendante d'une séquence d'export nucléaire (NES) accessible et fonctionnelle que lorsque PCNA est monomérique. Le but de ma thèse a été d’étudier la plateforme de PCNA dans le cytosol du neutrophile afin d'identifier les protéines associées à PCNA afin de comprendre sa fonction dans les neutrophiles. Nous avons montré la présence de la forme monomérique et de la forme trimérique de PCNA dans le cytosol du neutrophile mature. Nous avons démontré une activité anti-apoptotique de la forme monomérique dans des cellules PLB985 différenciées en neutrophiles. De plus, nous avons identifié des peptides exposés sur la surface monomérique de PCNA qui sont utilisé comme des compétiteurs pour déplacer les interactions entre PCNA et ses partenaires dans le cytosol des neutrophiles. Ces peptides modulent la survie des neutrophiles. Grâce à des analyses de Spectrométrie de Masse, nous avons identifié des nouveaux partenaires de PCNA dans le cytosol du neutrophile impliqués dans plusieurs voies métaboliques. Cela suggère que PCNA régule la survie du neutrophile en interagissant avec différents protéines cytosoliques. Parmi les partenaires identifiés, nous avons trouvé les sous-unités cytosoliques de la NADPH oxydase, enzyme responsable de la production de formes réactives de l’oxygène, à la base de l’activité microbicide du neutrophile. Nous avons montré en particulier l’interaction entre p47phox et PCNA. Nous avons enfin étudié l’implication fonctionnelle de l’interaction de PCNA avec la NADPH oxydase dans des cellules PLB985 et également dans des neutrophiles humains. L’ensemble des résultats suggère que PCNA cytoplasmique maintient le neutrophile dans un état de repos, et aide l’assemblage de la NADPH oxydase lors de son activation. Le réseau protéique associé à PCNA régule l’activité et la survie du neutrophile en modulant différentes voies de signalisation.


  • Résumé

    Polymorphonuclear neutrophils (PMN), key cells of innate immunity are the first cell recruited to the inflammatory site. After destroying the pathogen, neutrophils undergo apoptosis and are cleared by macrophages to prevent the spillage of their lytic content that is dangerous for the environment. The regulation of the survival/apoptosis balance of neutrophil is a crucial step in the inflammation resolution. Our laboratory has shown the presence of Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) in mature neutrophils. PCNA is expressed in the nucleus of proliferating cells, where it is involved in DNA replication/repair and in cell cycle control. PCNA is a trimeric protein conserved during evolution and deprived of enzymatic activity. Indeed, PCNA is a “platform” that interacts with different partner proteins and orchestrates their functions. Furthermore, PCNA must be in trimeric form to play its role. In mature neutrophils, PCNA has an exclusively cytosolic localization where it specifically controls their survival. The PCNA translocation from nucleus to the cytosol happened during the granulocytic differentiation. This nuclear-to-cytosol relocalisation is dependent on a nuclear export sequence (NES), which is accessible and functional when PCNA is monomeric. The aim of my thesis was to study the PCNA platform in the neutrophil cytosol to identify the proteins associated with PCNA in order to understand its function in neutrophils. We have shown the expression of monomeric and trimeric forms of PCNA in the cytosol of mature neutrophils. We have demonstrated the anti-apoptotic activity of the monomeric form in PLB985 cells differentiated in neutrophils. Moreover, we have identified the surface-exposed peptides from the monomeric PCNA which are used as competitors of interactions between PCNA and its partner in the cytosol of neutrophils. These peptides modulate neutrophils survival. Thanks to the analysis of Mass Spectrometry, we have identified new partners of PCNA in the neutrophil cytosol involved in several metabolic pathways. This suggests that PCNA regulates neutrophil survival by interacting with different cytosolic proteins. Among the identified partners, we have found the cytosolic subunits of the NADPH oxidase, the enzyme responsible of the reactive oxygen species production, at the base of the neutrophil microbicidal activity. We have shown especially the interaction between p47phox and PCNA. Finally, we have investigated the functional implication of the interaction of PCNA with the NADPH oxidase in PLB985 cells and also in human neutrophils. Taken altogether, results suggest that the cytosolic PCNA maintains the resting state of neutrophils, and it helps the assembly of the NADPH oxidase when activated. The protein network associated with PCNA regulates the activity and the survival of neutrophil by modulating several pathways.

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