Role of Chloride in Modulating Autophagy : Cystic Fibrosis as a Disease Model

par Shaoyi Zhang

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Guido Kroemer.

Soutenue le 20-06-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Apoptose, cancer et immunité (Villejuif) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Philippe Marchetti.

Le jury était composé de Guido Kroemer, Philippe Marchetti, Patricia Boya, Naoufal Zamzami, Catherine Brenner-Jan, Yaël Zermati.

Les rapporteurs étaient Patricia Boya.

  • Titre traduit

    Rôle du chlorure dans la modulation de l'autophagie : la mucoviscidose en tant que modèle de maladie


  • Résumé

    Les niveaux de chlorure sont rigoureusement régulés par des canaux de chlorure tels que le régulateur transmembranaire de mucoviscidose (CFTR), la famille de canaux CLC ou les canaux de chlorure activés par le calcium. Un dérèglement des concentrations de chlorure ou du transport de ce dernier a été rapportée pour être lié à plusieurs maladies telles que la mucoviscidose, la myotonie, l'épilepsie, l'hyperekplexie ou la surdité. Toutes ces maladies appartiennent à la famille des pathologies qui présentent un déficit de la fonction lysosomale et qui sont caractérisées par un défaut du processus autophagique.Les cellules épithéliales pulmonaires des malades atteints de mucoviscidose montrent également un défaut d’autophagie. L’association de deux produits : la cysteamine et l’epigallocathecin gallate (EGCG) permet de restaurer la fonction autophagique de ces cellules et améliore les symptômes de la maladie. Nous avons tenté d'améliorer cette combinaison en criblant des inducteurs de l'autophagie pour leur capacité d’interaction avec la cystéamine et pour une meilleure efficacité de traitement. Nous avons ainsi trouvé que l'amiodarone, de manière similaire à l'EGCG, était capable d'engager une interaction coopérative avec la cystéamine pour stimuler l'autophagie dans les lignées cellulaires. De plus, l'amiodarone s’est révélé relativement efficace pour restaurer l'expression d’une protéine Del 508 CFTR mature et fonctionnelle dans les cellules épithéliales.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploré les relations entre la modulation des concentrations intracellulaires des ions chlorure et l'autophagie. Trois approches complémentaires ont été utilisées (i) l’appauvrissement / réduction du chlorure dans le milieu de culture des cellulaires (ii) la réduction de l'expression du gène CLCN7 codant pour le seul transporteur de chlorure connu pour être présent dans les lysosomes et (iii) l’utilisation de transporteurs synthétique des ions chlorure. Nous avons montré que la modulation de la concentration des ions Cl- régulait l'autophagie. Cela a été observé lorsque nous avons déplété le chlorure du milieu de culture cellulaire ou lorsque nous avons aboli le gradient de chlorure en utilisant des transporteurs de chlorure synthétique (SCTs). Nous avons également montré que les STCs modifiaient la structure et la fonction des mitochondries. De plus, nous avons montré que les antioxydants restauraient la fonction mitochondriale et inhibaient la stimulation de l'autophagie, ce qui permet de voir sous un jour nouveau le rôle que le chlorure pourrait jouer dans la signalisation de différentes voies cellulaire de réponse au stress.


  • Résumé

    Chloride levels are stringently regulated by chloride channels such as cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR), the CLC family of channels or calcium activated chloride channels. A dysregulation of chloride concentrations or transport has been reported to be linked to several diseases including cystic fibrosis (CF), myotonia, epilepsy, hyperekplexia or deafness. All these diseases belong to the family of lysosomal storage pathologies which are characterized by a defect in the autophagic process.The pulmonary epithelial cells of CF patients show a defect of autophagy. The combination of two products: cysteamine and epigallocathecin gallate (EGCG) has been shown to restore the autophagic function of these cells and to improve the symptoms of the disease. We have tried to enhance this combination by screening inducers of autophagy for their ability to interact with cysteamine and for better treatment efficacy. We found that amiodarone, similarly to EGCG, was able to engage in a cooperative interaction with cysteamine to stimulate autophagy in cell lines. In addition, amiodarone has been found to be relatively effective in restoring expression of a mature and functional Del F508 CFTR protein in epithelial cells.In the second part of this thesis, we explored the relationships between the modulation of intracellular chloride concentration and autophagy. Three complementary approaches were used (i) the depletion/reduction of chloride in the cell culture medium (ii) the reduction of the expression of the CLCN7 gene encoding the only chloride transporter known to be present in lysosomes and (iii) the use of synthetic carriers of chloride ions. We have shown that the modulation of the concentration of Cl- modulates autophagy. This was observed when we depleted chloride from the cell culture medium or when we abolished the chloride gradient using Synthetic Chloride Transporters (SCTs). We have also shown that SCTs modify the structure and function of mitochondria. In addition, we have shown that anti-oxidants restore mitochondrial function and inhibit the stimulation of autophagy, allowing us to see in a new light the role that chloride could play in different stress response pathways.


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