Rôles non-canoniques de la protéine anti-apoptotique Bcl-xL dans le développement du système nerveux central

Non-canonical roles of the anti-apoptotic protein Bcl-xL in the development of the central nervous system

• Auteur / Autrice : Thi Minh Trang Nguyen
• Direction : Germain Gillet, Nikolay Popgeorgiev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Philippe Juin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Germain Gillet, Nikolay Popgeorgiev, Natalia Prevarskaya, Muriel Priault, Joanna Fombonne, Frédéric Saudou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Natalia Prevarskaya, Muriel Priault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mitochondries

Caspases

Protéine Bcl-xL

Croissance -- Aspect moléculaire

Système nerveux central

Mots clés libres

Protéines Bcl-2

Bcl-xL

Mitochondrie

Caspase-3

Neurone

Développement

Bcl-2 proteins

Bcl-xL

Mitochondria

Caspase-3

Neuron

Development

Résumé

Bcl-xL est une protéine anti-apoptotique de la famille Bcl-2, ayant une double localisation - mitochondrie et réticulum endoplasmique (RE). Elle est bien connue pour son effet antagoniste contre l'apoptose grâce à son interaction canonique avec Bax/Bak au niveau de la membrane externe de la mitochondrie. Très sensibles aux stress cellulaires, les neurones dépendent fortement de Bcl-xL pour leur survie au cours du développement. L'activation non-létale de la caspase-3 a été décrite dans le neurone en développement et joue des fonctions physiologiques dans le développement des axones et la formation des synapses. Néanmoins, la manière dont les neurones activent et régulent ce signal, localement et temporellement, reste exclusive. Dans un modèle de souris génétiquement modifié exprimant Bcl-xL exclusivement au niveau du RE généré par notre équipe, nous n'avons pas observé de mort cellulaire massive dans le système nerveux central (SNC) comme cela avait été précédemment rapporté chez les souris knock-out Bcl-xL. De manière inattendue, la caspase-3 active est abondante dans le cerveau mutant et la substance blanche de la moelle épinière. Les neurones dérivés de ces souris présentent une activation locale non létale de la caspase-3 dans l'axone, induisant une arborisation axonale et une maturation synaptique altérées, mais pas d'apoptose. Les anomalies du développement des neurones du SNC entraînent finalement une létalité périnatale, potentiellement due à des perturbations des comportements d'alimentation et de déglutition. Nous démontrons également que l'activation de la caspase-3 induite par la perte de Bcl-xL mitochondrial est dépendante de Drp1. Nos résultats suggèrent que le pool mitochondrial de Bcl-xL est nécessaire pour limiter l'activation locale de la caspase-3 à une intensité physiologique appropriée dans le SNC en développement. Cette découverte apporte un nouveau point de vue sur le rôle régulateur des protéines Bcl-2 dans la caspase-3 non létale physiologique et pathologique.

Bcl-xL is an anti-apoptotic protein of the Bcl-2 family, with a dual localization – mitochondria and endoplasmic reticulum (ER). It is well-known for its antagonizing effect against apoptosis due to its canonical interaction with Bax/Bak at the mitochondrial outer membrane. As highly sensitive to cellular stresses, neurons are highly dependent on Bcl-xL for survival over development. Non-lethal caspase-3 activation has been described in the developing neuron and performs physiological functions in axon development and synapse formation. Notwithstanding, how neurons activate and regulate this signal, locally and temporally, remains exclusive. In a genetically modified mouse model generated by our team that expresses Bcl-xL exclusive at the ER, we did not observe massive cell death in the central nervous system (CNS) as previously reported in Bcl-xL knock-out mice. Unexpectedly, active caspase-3 is abundant in the mutant brain and spinal cord white matter. Neurons derived from these mice exhibit non-lethal local caspase-3 activation in the axon, inducing impaired axonal arborization and synaptic maturation but not apoptosis. Anomalies in the development of CNS neurons ultimately cause perinatal lethality, potentially due to perturbations of feeding and swallowing behaviors. We further demonstrate that mitochondrial Bcl-xL loss induced caspase-3 activation is Drp1 dependent. Our results suggest that the mitochondrial pool of Bcl-xL is necessary to confine the local caspase-3 activation to appropriate physiological intensity in the developing CNS. This finding brings a novel point of view on the regulatory role of Bcl-2 proteins in the physiological and pathological non-lethal caspase-3.