Rôle de HSPB5 dans la physiopathologie de la mucoviscidose

par Fanny Degrugillier

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Pascale Fanen.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) .


  • Résumé

    La mucoviscidose est une pathologie héréditaire autosomique rare causée par des mutations du gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) codant un canal chlorure AMPc-dépendant. La mutation la plus courante est la délétion de la phénylalanine 508 (F508del). Elle entraîne un mauvais repliement de la protéine CFTR empêchant sa maturation et son transport aux membranes apicales des cellules épithéliales pour effectuer sa fonction de canal chlorure et entraînant sa dégradation par le protéasome. La décision de dégradation de CFTR mal repliée est effectuée grâce à des molécules de contrôle qualité dont les chaperons moléculaires. Les plus connus et étudiés sont les protéines de choc thermique (HSPs pour Heat Shock Proteins). Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur une protéine de cette famille, HspB5, également connue en tant que αB-crystalline. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer dans le contexte de la mucoviscidose, l'effet de l'expression d'HspB5 sur la stabilité, la maturation et le transport à la membrane plasmique du mutant CFTR-F508del, ainsi que son rôle dans l'homéostasie redox. Dans un premier temps, nous avons analysé l'expression endogène d'HspB5 dans un modèle murin et à partir de cellules épithéliales nasales de patients. Nous avons observé une expression augmentée d'HspB5 dans ces deux modèles en comparaison aux contrôles sains et mis en évidence une incapacité des souris mucoviscidose à induire l'expression d'HspB5 à la suite d'une infection contrairement aux souris sauvages. Dans un second temps, nous avons étudié les effets de la surexpression par transfection transitoire d'HspB5 dans une lignée de cellules épithéliales bronchiques (CFBE) exprimant stablement CFTR sauvage ou F508del. Nous avons détecté une différence de profil de phosphorylation entre nos deux lignées cellulaires de certaines sérines d'HspB5 dans les cellules F508del par rapport aux WT. Dans un troisième temps, nous avons généré des constructions permettant l'expression de phosphomimiques d'HspB5 et étudié leur impact sur la localisation à la membrane, la fonction et la stabilité de F508del. Nos travaux ont démontré qu'un phosphomimétique d'HspB5 permettait d'augmenter le transport, l'activité, la stabilité du mutant F508del et que ces actions se majorent avec l'effet des molécules thérapeutiques actuellement disponibles pour le traitement de mucoviscidose (VX-770, VX-809, VX-770 + VX-809). Finalement, nous avons aussi démontré qu'à la suite d'un stress oxydant la surexpression d'HspB5 permet une augmentation de la survie cellulaire. L'ensemble de ces travaux montrent les effets bénéfiques d'une forme phosphorylée d'HspB5 dans le cadre de la mucoviscidose et son potentiel thérapeutique.

  • Titre traduit

    Role of HSPB5 in the pathophysiology of cystic fibrosis


  • Résumé

    Cystic fibrosis is a rare autosomal inherited disorder caused by mutations in the CFTR gene (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) encoding a cAMP-dependent chloride channel. The most common mutation is the deletion of phenylalanine 508 (F508del). The F508del protein is misfolded and degraded by the proteasome, thus preventing its maturation and transport to the apical membrane of epithelial cells and its function as a chloride channel. The decision to degrade misfolded CFTR is under the supervision of quality control proteins called chaperones. The most well-known and studied chaperones are Heat Shock Proteins (HSPs). This study focusses on a protein of this family, HspB5, also known as αB-crystallin. The aim of this thesis was to evaluate in the context of cystic fibrosis, the impact of HspB5 expression on the maturation, transport at the plasma membrane and/or stability of F508del-CFTR as well as its effect on redox homeostasis. First, we analyzed the endogenous expression of HspB5 either in a mouse model or from patient nasal epithelial cells. We observed an increased expression of HspB5 in both models compared to healthy controls and found an inability of cystic fibrosis mice to induce HspB5 expression following infection unlike wild-type mice. In a second step, we studied the effects of overexpression by transient transfection of HspB5 in bronchial epithelial cells stably expressing wild-type- or F508del-CFTR. Phosphorylation profile between our two cell lines was different on some serines of HspB5 in F508del cells compared to WT. In a third step, we generated constructions allowing the expression of phosphomimics of HspB5 and studied their impact on membrane localization, function and stability of F508del. Our work has shown that a phosphomimetic of HspB5 increases the transport, function and stability of the F508del mutant and that these activities are enhanced with the effect of therapeutic molecules currently available for the treatment of cystic fibrosis (VX-770, VX-809, VX-770 + VX-809). Finally, we have also demonstrated that following oxidative stress, the overexpression of HspB5 allows an increase in cell survival. Overall, this study pinpoints the beneficial effects of a phosphorylated form of HspB5 on the F508del-CFTR protein and its therapeutic potential in cystic fibrosis.