The role of p53 in autophagy and apoptosis in response to stress in the nervous system

par Marion Robin

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie

Sous la direction de Bertrand Mollereau.

Le président du jury était Frédéric Checler.

Le jury était composé de Bertrand Mollereau, Frédéric Checler, Patrice Codogno, Pedro Domingos, David Bernard.

Les rapporteurs étaient Patrice Codogno, Pedro Domingos.

  • Titre traduit

    Rôle de p53 dans la régulation de l’autophagie et de l’apoptose dans le système nerveux en réponse au stress


  • Résumé

    P53 est un facteur de transcription qui se décline, chez l’homme, la souris ou la drosophile, en plusieurs isoformes. Chez la drosophile deux isoformes ont été caractérisées : la forme canonique Dp53 ; et une forme tronquée, D∆Np53, dont le domaine de transactivation est incomplet. Une des questions encore peu étudiée, concerne les mécanismes par lesquels p53 régule une grande variété de réponses cellulaires lors d’un stress. Pour répondre à cette question, nous avons étudié le rôle des isoformes de p53 dans la régulation de deux mécanismes antagoniste en lien avec la maladie de Parkinson (MP) : l’autophagie et l’apoptose en réponse à un stress délétère et un stress hormétique du système nerveux. Nous avons montré que les drosophiles portant une mutation nulle de p53 sont plus sensibles aux effets du paraquat (fort stress oxydant, modèle chimique de la maladie de Parkinson). En absence de p53, ce stress cause une forte inhibition de l’initiation et du flux de l’autophagie accompagné d’une augmentation des niveaux de caspases et de la mortalité. L’augmentation de la mortalité et des niveaux de caspases est similaire chez des mutants de l’autophagie pour lesquels le flux d’autophagie est constitutivement altéré. D’autre part, nous avons montré que les deux isoformes de p53 (Dp53 et D∆Np53) régulent différemment l’apoptose et l’autophagie dans les neurones photorécepteurs de drosophile : l’isoforme Dp53 présente un flux autophagique fonctionnel retardant la neurodégénérescence, tandis que, l’isoforme D∆Np53 inhibe le flux d’autophagie via l’activation des caspases Dcp1, Drice et Dronc. Enfin, nous avons établi un lien entre p53 et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Dans un premier temps nous avons montré qu’un stress modéré du RE (pré-conditionnement) a un effet protecteur dépendant de l’activation de l’autophagie dans différents modèles de la MD. Ensuite, nous avons montré que les trois banches de la réponse au stress du RE (IRE1, Atf6 et PERK) sont impliquées dans cet effet protecteur. Enfin, nous avons montré que les drosophiles mutantes pour p53 perdent l’effet protecteur du pré-conditionnement. L’ensemble de nos résultats apporte de nouveaux éléments sur l’aspect multifonctionnel de p53 en réponse à un stress dans le système nerveux. Via ses multiples isoformes, p53 peut activer deux réponses antagonistes : l’autophagie et l’apoptose, permettant aux cellules une réponse flexible face à une situation de stress. La régulation de l’autophagie par p53 est protectrice et apparait comme étant une fonction ancestrale de p53.


  • Résumé

    P53 is a tumor suppressor gene, which has been showed to regulate several cellular pathways. Upon stress, p53 triggers multiple cellular pathways including DNA repair system, cell cycle arrest, apoptosis and autophagy. Thus, p53 is involved in both cellular protection and death pathways. One of the major questions is to understand how a single protein can promote so many different pathways. Here I address the putative role of p53 isoforms in the regulation of autophagy and apoptosis and their role in neuron survival in the context of Parkinson’s disease (PD). We show that p53 mutants are more susceptible to paraquat toxicity (chemical model of PD), indicating a protective role for p53. We also found that Atg8 mutant, which display an impaired autophagy, behave similarly to p53 upon paraquat treatment. In addition, we show that p53 is required for the activation of autophagy with a functional autophagy flux upon paraquat treatment and that lack of p53 or Atg8 results in an accumulation of activated caspases after paraquat treatment. Moreover, we found that autophagy and apoptosis were differentially regulated by different p53 isoforms. The Dp53 (p53B) isoform induced protective autophagy, whereas the D∆Np53 (p53A) isoform inhibited autophagy by activating the caspases Dronc, Drice and Dcp-1 in differentiated neurons. Our results demonstrate that a combination of the differential use of p53 isoforms and the antagonism between apoptosis and autophagy favors the generation of an appropriate p53 biological response to stress. In addition, we have defined in vitro and in vivo experimental conditions in which the activation of the Unfolded Protein Response (UPR) does not induce cell or organism lethality but rather promotes an adaptive response that protects from apoptotic stimuli. We show that this mild activation, known as ER-preconditioning is protective in several models of PD in an autophagy-dependent fashion. We showed that the three branches of the UPR are involved in the protective effect induced by ER-preconditioning. We then demonstrated that p53 is necessary to mediate the protection by ER-preconditioning suggesting that p53 may be a key factor in the integration of stress responses. Together our results reveal new aspects of the multi-functionality of p53. Activation of the antagonist pathways: autophagy and apoptosis by p53 isoforms, leads to flexible and adaptive response to stress. In addition, our results suggest that the regulation of autophagy by p53 is a ancestral protective function of p53.

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