Characterization of proteasome assembly in psoriatic skin and during keratinocyte differentiation in vitro - role of the proteasome maturation protein (POMP).

par Barbara Agnieszka Zieba

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Pierre-Emmanuel Stoebner et de Olivier Coux.

  • Titre traduit

    Caractérisation de l'assemblage du protéasome dans la peau psoriasique et au cours de la différenciation kératinocytaire in vitro - rôle de la protéine de maturation du protéasome (POMP).


  • Résumé

    Les protéasomes jouent un rôle majeur dans la protéolyse intracellulaire non-lysosomale et interviennent de ce fait dans la régulation de toutes les voies biologiques intracellulaires ainsi que dans la production des peptides antigéniques présentés au système immunitaire. La biosynthèse du protéasome 20S (le cœur protéolytique) est un processus complexe qui met en œuvre plusieurs protéines chaperonnes qui facilitent l'assemblage des sous-unités entre elles pour former d’abord des « hémi-protéasomes ». Ces hémi-protéasomes s'unissent ensuite deux à deux pour créer le protéasome 20S. La Protéine de Maturation du Protéasome (POMP) est une chaperonne « clé » de l’assemblage du protéasome: son hyperexpression induit une augmentation des activités protéolytiques du protéasome et une augmentation d’expression de plusieurs de ses sous-unités. Cette surexpression augmente également la longévité de la levure Saccharomyces cerevisiae, et augmente ses capacités de résistance au stress oxydant. L’activité protéolytique et l’expression des sous-unités des protéasomes sont augmentées dans l’épiderme psoriasique. Nos précédents résultats étaient en faveur d’une régulation post-transcriptionnelle de cette expression. Nous avons émis l’hypothèse que POMP était impliquée dans la biosynthèse accrue du protéasome dans la peau psoriasique. L'objectif de cette thèse a donc été d’étudier l’assemblage du protéasome et l’expression de POMP dans la peau psoriasique et au cours de la différenciation kératinocytaire. L'expression des protéasomes et de POMP a été évaluée au niveau protéique et au niveau des ARN messagers par Immuno-Histochimie, Western-blots et RT-PCR. L’assemblage du protéasome a été étudié par électrophorèse en conditions non dénaturantes, à partir de lysats de peaux psoriasiques ou de kératinocytes. L’expression de POMP a été modulée avec des ARN interférents dans des lignées HaCaT. Nous avons observé que les protéasomes 26S et 20S (et leur activité protéolytique) étaient augmentés dans la peau psoriasique lésée, de même que les régulateurs PA28β, PA28γ, PA200 et la sous-unité RPT4 du 19S. Ces résultats suggèrent que toutes les formes majeures des protéasomes sont augmentées dans la peau psoriasique. POMP est surexprimée dans l’épiderme psoriasique et associée à des précurseurs du protéasome. Au cours de la différenciation des cellules HaCaT, l’assemblage des protéasomes 20S et 26S et l’expression de POMP augmentent aux temps précoces (3 premiers jours) alors qu’aux temps plus tardifs les protéasomes 26S se désassemblent. Ce profil de désassemblage (marqué par la diminution du protéasome 26S, l’augmentation du protéasome 20S et l'accumulation du complexe régulateur 19S) est très similaire à celui observé au cours du stress oxydatif. L’inhibition forte de l'expression de POMP a un effet anti-proliferatif et pro-apoptotique via l’inhibition de l’assemblage du protéasome dans les lignées kératinocytaires. Une inhibition plus modérée diminue l’expression des marqueurs de différenciation kératine 10 et involucrine au cours de la différenciation calcium-induite des HaCaT. L’ensemble de ces résultats suggère que l’augmentation de l’assemblage, de l’activité et de la quantité des protéasomes dans l’épiderme psoriasique est liée (au moins en partie) à la surexpression de POMP et que la dérégulation de POMP pourrait altérer la prolifération et la différenciation kératinocytaires. Nos travaux sont donc en faveur de l’implication de POMP et de l’assemblage du protéasome dans la pathogénie du psoriasis. Le ciblage thérapeutique de POMP pourrait potentiellement avoir une action anti-proliférative et anti-inflammatoire (via notamment l’inhibition de NF-κB) et représente donc une perspective thérapeutique intéressante dans le psoriasis.


  • Résumé

    Proteasomes play a major role in non-lysosomal intracellular proteolysis and thereby are involved in the regulation of all intracellular biological pathways as well as in the production of antigenic peptides presented to the immune system. The biosynthesis of the 20S proteasome (proteolytic core) is a complex process that requires several chaperone proteins that facilitate the assembly of the subunits to form "hemi-proteasomes" that then combine in pairs to create the 20S proteasome. Proteasome Maturation Protein (POMP) is a key chaperone for proteasome assembly: its overexpression induces an increase in proteolytic activities of the proteasome and an increase in expression of several of its subunits. This overexpression also increases the longevity of the yeast Saccharomyces cerevisiae and increases its capabilities of resistance against oxidative stress. The proteolytic activity and expression of the proteasome subunits are increased in psoriatic epidermis. Our previous findings suggested a post-transcriptional regulation of this expression. We hypothesized that POMP was involved in the increased biosynthesis of proteasome in psoriatic skin. The objective of the thesis project was to study proteasome assembly and POMP expression in psoriatic skin and during keratinocyte differentiation. The expression of proteasomes and POMP has been evaluated at the protein and mRNA levels by immunohistochemistry, Western blots and RT-PCR. Proteasome assembly was studied by electrophoresis under non-denaturing conditions, from lysates of psoriatic skin or keratinocytes. POMP expression was modulated by RNA interference in HaCaT cell lines. We observed that proteasomes 26S and 20S (and their proteolytic activity) were increased in the lesional psoriatic skin, as well as the proteasome regulators PA28β, PA28γ, PA200 and the 19S subunit RPT4. These results suggest that all the major proteasomal forms are increased in psoriatic skin. POMP is overexpressed in psoriatic epidermis and associated with precursors of the proteasome. During the differentiation of HaCaT cells, the assembly of 20S and 26S proteasomes and POMP expression increases at early time (first 3 days), while in later times 26S proteasomes disassemble. This disassembly profile (marked by the decrease of the 26S proteasome, the increase of the 20S proteasome complex and the accumulation of its 19S regulator) is very similar to that observed during oxidative stress. The strong inhibition of POMP expression has an anti-proliferative and pro-apoptotic effect via inhibition of proteasome assembly in the HaCaT keratinocyte cell line. However a moderate inhibition decreases the expression of differentiation markers keratin 10 and involucrin during calcium-induced differentiation of these cells. All these results suggest that the increase of the assembly, the activity and amount of proteasomes in psoriatic epidermis are linked (at least partially) to the overexpression of POMP and that deregulation of POMP could alter keratinocyte proliferation and differentiation. Our work is therefore in favor of the involvement of POMP and assembly of the proteasome in the pathogenesis of psoriasis. Therapeutic targeting of POMP could potentially have anti-proliferative and anti-inflammatory effects (particularly through the inhibition of NF-κB) and therefore represents an interesting therapeutic perspective in psoriasis.

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