Régulations de la protéine proapoptotique Bax : rôle des kinases Akt et GSK-3β et de la protéine antiapoptotique Bcl-xL

Regulations of proapoptotic protein Bax : role of Akt and GSK-3β kinases and of antiapoptotic protein Bcl-xL

• Auteur / Autrice : Thibaud Renault
• Direction : Stephen Manon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Biochimie
• Date : Soutenance le 16/12/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Erick Dufourc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdel Aouacheria, Francesca De Giorgi-Ichas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Estaquier, Philippe Juin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Mots clés libres

Bax

Apoptose

Mitochondrie

Akt

GSK-3β

Bcl-xL

Bax

Apoptosis

Mitochondria

Akt

GSK-3β

Bcl-xL

Résumé

La protéine proapoptotique Bax joue un rôle fondamental au cours de la voie intrinsèque de l’apoptose. Elle participe au déclenchement de la mort en permettant la libération de facteurs apoptogéniques mitochondriaux vers le cytosol. Un des points-clé de la fonction de Bax est son activation, caractérisée par la transition entre une forme cytosolique, globulaire et inactive de la protéine et une conformation mitochondriale, membranaire et active. Les différentes étapes de l’activation de Bax sont relativement bien connues, toutefois un grand nombre de questions reste en suspens quant-à leur régulation.Ce travail s’est focalisé sur la régulation de l’activation de Bax par les kinases Akt et GSK-3β ainsi que par la protéine antiapoptotique Bcl-xL . Ces régulations ont été caractérisées en exprimant la protéine Bax humaine chez la levure Saccharomyces cerevisiae, un paradigme d’étude simplifié qui permet d’accéder aux composantes individuelles des mécanismes d’activation de Bax.Les données obtenues suggèrent qu’il existe deux étapes régulées indépendamment au cours de l’activation de Bax. Nous avons montré que la protéine kinase GSK-3β favorise l’adressage de Bax vers la mitochondrie mais qu’elle n’entraîne pas un changement de conformation suffisant à son activation complète et à la perméabilisation de la membrane mitochondriale externe. Des changements de conformations complémentaires de Bax sont requis pour conduire à une forme capable d’entraîner la libération des facteurs apoptogéniques mitochondriaux. La protéine kinase Akt est impliquée dans le contrôle de Bax via la phosphorylation de la sérine 184 et participe à l’inhibition de l’apoptose. Nous avons mis en évidence qu’une mutation phosphomimétique de la sérine 184 ou l’expression d’Akt, en l’absence de partenaires antiapoptotiques, stimulent un changement de conformation de Bax vers une forme active. Akt semble donc plus jouer un rôle sur la conformation de Bax qu’entraîner une inhibition directe. La présence de protéines antiapoptotiques serait ainsi requise pour l’inhibition de Bax en présence d’Akt.D’autre part, nous nous sommmes intéressés aux mécanismes d’action de la protéine antiapoptotique Bcl-xL . Nous avons déterminé que Bcl-xL pouvait favoriser l’adressage de Bax vers la membrane mitochondriale tout en exerçant un rôle antiapoptotique. Ceci suggère que Bcl-xL intervienne dans le contrôle des étapes tardives de l’activation de Bax. Ce contrôle est dépendant d’une interaction stable entre les deux protéines. Inversement, un variant de Bcl-xL n’interagissant que de façon transitoire avec Bax (Bcl-xL ∆C) entraîne l’activation de Bax. Cette observation est en faveur d’un modèle d’activation indirecte de Bax consécutive à la rupture de l’interaction avec Bcl-xL et dans lequel les protéines à BH3-seulement telles que Bad joueraient un rôle crucial.

Proapoptotic protein Bax plays a major role during apoptosis intrinsic pathway. Bax promotes cell death by inducing the release of apoptogenic factors from mitochondria to cytosol. Bax activation is a key step of its function which involves a change from a globular, cytosolic and inactive conformation to an active mitochondrial, membrane inserted conformation. Bax activation substeps are rather well known, however their regulation remains to be characterized.This work focuses on the study of the regulation of Bax activation by kinases Akt and GSK-3β and by antiapoptotic protein Bcl-xL . Human Bax regulations have been studied by expressing the protein in yeast Saccharomyces cerevisiae which represents a simplified paradigm for the understanding of the individual components of Bax activation mecha- nisms.Our data suggest that there are two independently regulated steps during Bax activation. We showed that GSK-3β expression led to Bax addressing to mitochondria but was not sufficent to promote a complete activation and mitochondrial outer membrane premeabilization. Further conformational changes are required to promote Bax full activation and the release of mitochondrial apoptotic factors. Protein kinase Akt is involved in Bax activation control through the phosphorylation of serine 184 and contributes to apoptosis inhibition. We observed that either a phosphomimetic mutation of serine 184 or coexpression of Akt, in the absence of antiapoptotic partners, were responsible of Bax conformational change into an active form. By itself Akt did not inhibit Bax but appeared more likely to control its conformational change. Thus, implication of antiapoptotic proteins seems to be critical in a model of Bax inhibition by Akt.Furthermore, we tried to understand the molecular mechanisms of antiapoptotic protein Bcl-xL inhibition on Bax. We determined that Bcl-xL could increase Bax mitochondrial localization while leading to its inhibition suggesting that Bcl-xL controled Bax late activation steps. Bax inhibition was dependent on a stable interaction with Bcl-xL . Conversely, a variant of Bcl-xL having a transitory interaction with Bax (Bcl-xL ∆C) was able to promote Bax activation. This supports a model of Bax indirect activation following the rupture of interaction with Bcl-xL in which BH3-only proteins like Bad would play an important role.