Caractérisation d'une nouvelle sélénoprotéine à activité neuroprotectrice dans les processus de différenciation neuronale

par Houssni Abid

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire - Neurosciences

Sous la direction de Isabelle Lihrmann et de Youssef Anouar.


  • Résumé

    Le neuropeptide Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide (PACAP) joue un rôle neuroprotecteur et neurodifférenciateur. Une étude antérieure réalisée dans les cellules PC12 dérivées d’un phéochromocytome de rat a mis en évidence de nombreux gènes régulés au cours de la différenciation neuronale induite par le PACAP, qui sont impliqués dans diverses voies de signalisation. La sélénoprotéine T (SelT) figure parmi ces gènes. Il s’agit d’une sélénoprotéine au rôle peu connu, dont l’activité thiorédoxine réductase suggère qu’elle intervient dans des réactions d’oxydo-réduction. L’objectif de cette étude était d’étudier le rôle de la SelT dans l’acquisition du phénotype neuronal, en caractérisant plus particulièrement la cascade de signalisation cellulaire contrôlant son expression. Nous avons utilisé le modèle cellulaire PC12 qui est couramment utilisé comme modèle de différenciation neurale. En utilisant une approche d’extinction génique (shRNA), nous avons montré que la SelT est impliquée dans la neutralisation des radicaux libres. Par ailleurs, elle participe au processus de différenciation neuronale puisque son absence entraîne un défaut de neuritogenèse après un traitement par le PACAP. Nous montrons à l’aide d’agents pharmacologiques que l’effet stimulateur du PACAP sur l’expression du gène de la SelT est médié par l’activation de la voie AMPc/PKA. En réalisant des études de promoteur couplées à l’immunoprécipitation chromatinienne ainsi que par immunofluorescence, ARN interférence et PCR quantitative, nous démontrons que NRF-1 est un facteur de transcription fortement impliqué dans la régulation du gène de la SelT par le PACAP, et qu’il est activé par le co-activateur transcriptionnel PGC-1. Grâce à des approches pharmacologiques et biochimiques, nous avons également établi que LKB1 et AMPK fonctionnent en cascade en aval de la PKA et en amont de PGC-1 dans cette cascade de signalisation cellulaire anti-oxydante. Le couple NRF-1/PGC-1 est connu pour réguler l’expression des gènes mitochondriaux. De fait, nous montrons que le PACAP stimule la biogenèse mitochondriale au cours de la différenciation des cellules neurales via la voie de signalisation AMPc/PKA/AMPK. En conclusion nos travaux démontrent que le PACAP entraîne une augmentation de la mitochondriogenèse concomitante avec une augmentation d’expression de la SelT via la voie de signalisation AMPc/PKA couplée à la cascade de signaux secondaires LKB1/AMPK/PGC-1α/NRF-1. L’induction de cette voie de signalisation permet d’augmenter le nombre de mitochondries et la capacité énergétique de la cellule pour induire le phénotype neuronal et la neuroprotection. Elle augmente en même temps la tolérance des cellules vis-à-vis du stress oxydatif qui est généré secondairement par l’augmentation de l’activité mitochondriale au cours de la différenciation neuronale. C’est la première étude qui met en évidence la coopération de deux kinases majeures, PKA et AMPK, pour stimuler le co-activateur transcriptionnel PGC-1α afin de favoriser la neurodifférenciation.

  • Titre traduit

    Characterization of a novel selenoprotein with neuroprotective activity in neuronal differentiation process


  • Résumé

    Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide (PACAP) is a neuropeptide that is involved in neuroprotection and neurodifferentiation. A previous study carried out in PC12 cells derived from a rat pheochromocytoma showed many genes regulated during neuronal differentiation induced by PACAP, wich are involved in various signaling pathways. The Selenoprotein T (SelT) appears among these genes. This is a new selenoprotein with a little known role, whose activity thioredoxin reductase suggests that intervenes in redox reactions. The objective of this study was to investigate the role of SelT in the acquisition of the neuronal phenotype, by characterizing more particularly the cellular signaling cascade controlling its expression. We used the PC12 cells model that is commonly used as a model of neural differentiation. Using an approach of gene silencing (ShRNA), we showed that SelT is involved in the neutralization of free radicals. In adition, it takes part in the process on neuronal differentiation since its absence leads to a defect of neuritogenesis after PACAP treatment. We show using pharmacological agents that the simulatory effect of PACAP on the expression of SelT gene is mediated by the activation of cAMP/PKA pathway. By carrying out promoter study coupled with chromatin immunoprecipitation, immunofluorescence, RNA interference, and quantitaive PCR, we demonstrate that NRF-1 is transcription factor strongly involved in the regulation of the SelT gene by PACAP, and that it is activated by the transcriptional coactivator PGC-1. With pharmacological and biochemical approaches, we have also established that LKB1 and AMPK function in cascade downstream of PKA and upstream of PGC-1 in this antioxidant cell signaling cascade. The couple NRF-1/PGC-1 is known to regulate the expression of mitochondrial genes. In fact, we show that PACAP stimulate mitochondrial biogenesis during the differentiation of neural cells via cAMP/PKA/AMPK signaling pathway. In conclusion our work shows that the PACAP involves an increase of mitochondriogenesis associated with an increase in the expression of the SelT gene via the cAMP/PKA-dependant signaling pathway coupled to the activation of LKB1/AMPK/PGC-1/NRF-1 cascade. The induction of this pathway can increase the number of mitochondria and the energy capacity of the cell to induce the neuronal phenotype and neuroprotection. It increase at the same time the tolerance of the cells to oxydative stress wich is secondarily generated by the increase of mitochondrial activity during neuronal differentiation. This is the first study wich highlights the cooperation of two major kinases, PKA and AMPK, to stimulate the transcriptional coactivator PGC-1 in order to promote neurodifferentiation and neuroprotection.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (196 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie : 491 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 15/ROUES/001
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