Cycle cellulaire et mort cellulaire

Les voies de survie, prolifération et croissance cellulaire décrites précédemment agissent sur le cycle cellulaire et les voies de mort cellulaire. Dans les PBMC des différents groupes de parkinsoniens étudiés, l’analyse des voies moléculaires et toxicologiques étudiées a mis en avant les voies p53, du cycle cellulaire et des cyclines, le dysfonctionnement mitochondrial et les voies apoptotiques. Ces différentes voies sont interconnectées et ont par ailleurs été impliquées dans la MP. Les voies p53, du cycle cellulaire et de l’apoptose seront détaillées ci-après.

Voie p53

La protéine p53 (codée par le gène suppresseur de tumeur TP53) est un facteur de transcription clé activé en réponse à de nombreux stimuli comme les dommages de l’ADN, le stress oxydant ou l’hypoxie. La régulation transcriptionnelle des gènes sous la dépendance de p53 est à l’origine d’un arrêt du cycle cellulaire ou du passage en apoptose des cellules endommagées. Par ailleurs, p53 possède des fonctions indépendantes d’une régulation transcriptionnelle, comme son interaction avec des membres de la famille Bcl2, qui contribue à la mort cellulaire par la

libération du cytochrome C de la mitochondrie dans le cytosol et donc l’activation des caspases. Une augmentation de l’expression de p53 a été mise en évidence dans le striatum des sujets parkinsoniens (de la Monte et al., 1998). L’inhibition de p53 protège de la perte neuronale les souris traitées au MPTP et également protège les neurones en culture des traitements par 6-OHDA, MPP+ ou inhibiteurs du protéasome (Duan et al., 2002 ; Nakaso et al., 2004 ; Biswas et

al., 2005 ; Nair, 2006). Par ailleurs, l’inhibition du protéasome dans les neurones

dopaminergiques entraîne une augmentation des taux de p53 phosphorylée et ainsi une perméabilisation de la membrane mitochondriale à l’origine d’une activation des caspases et de l’apoptose (Nair et al., 2006). Chez la souris traitée par ce même inhibiteur, est observée une augmentation des taux de p53 phosphorylée dans les neurones de la SN. Ces données suggèrent un lien entre le protéasome et l’apoptose dépendante de la mitochondrie par la voie p53. De plus, l’inhibition du protéasome, à l’origine d’une surexpression de p53, induit un phénomène d’autophagie (Du et al., 2009). L’activation de p53 inhibe l’activité de mTOR par l’activation de l’AMPK lors d’état de privation énergétique des cellules (Feng et al., 2005). Ces données montrent que les 2 systèmes de dégradation des protéines que sont l’autophagie et le SUP sont reliés par la voie p53.

L’alpha-synucléine contrôle également l’expression de p53 (Alves Da Costa et al., 2002). Les souris transgéniques exprimant la mutation A53T de SNCA présentent une accumulation de p53 sur la membrane mitochondriale externe (Martin et al., 2006). De plus, lors de l’inhibition du protéasome, les mutants A53T montrent une accumulation d’oligomères d’alpha-synucléine sur les membranes mitochondriales qui coïncide avec l’inhibition du complexe I respiratoire et la mitophagie (Chinta et al., 2010). Par ailleurs, Parkin exerce la fonction de répresseur transcriptionnel pour p53 indépendamment de sa fonction E3 ubiquitine ligase (da Costa et al., 2009). Les mutations de la Parkin augmentent l’expression et l’activité de p53. De même, DJ-1 inhibe la voie p53 et l’invalidation de DJ-1 chez le poisson zèbre, augmente l’expression de p53 (Bretaud et al., 2007). Au total, l’activation de la voie p53 conduit à l’apoptose à la fois de façon dépendante et indépendante de son activité de régulation de la transcription. La mort cellulaire indépendante de la régulation transcriptionnelle implique la translocation de p53 à la mitochondrie, sa liaison avec Bcl2 et l’activation de caspases (Mihara et al., 2003). L’identification de p53 comme l’un des mécanismes de la mort des neurones dopaminergiques a fait évoquer la modulation de cette voie à des fins de neuroprotection. Néanmoins son rôle de suppresseur de tumeur en limite l’intérêt.

parkinsoniens, nous avons identifié à plusieurs reprises une dérégulation de la voie du cycle cellulaire, des cyclines et de la voie de régulation de la transition G1/S. Nous n’avons pas identifié de dérèglement de la voie de signalisation CDK5 (cyclin-dependent kinase 5) dans nos différents groupes. Cette voie est néanmoins impliquée dans la MP. CDK5 est exprimé dans les neurones où il régule les processus post-mitotiques, le développement et la croissance des neurites. Il est également exprimé dans les corps de Lewy (Brion & Couck, 1995) et est activé dans le gyrus cingulaire des parkinsoniens (Alvira et al., 2008). CDK5 est un médiateur de la mort des neurones dopaminergiques chez la souris MPTP (Smith et al., 2003) et est impliqué dans l’autophagie par phosphorylation de l’endophilin B1 (Wong et al., 2011).

La progression des cellules dans le cycle cellulaire est sous la dépendance de CDK, dont l’activité est contrôlée par les cyclines. Les cyclines spécifiques de chaque phase du cycle cellulaire (G1, S, G2, M) activent des CDK spécifiques. Le cycle cellulaire est par ailleurs régulé par p53 et pRb (protéine du rétinoblastome). Par exemple, les complexes Cycline D-CDK4/6 et Cycline E-CDK2 interviennent pour la transition G1/S. L’une des cibles de Cycline D-CDK4/6 est pRb. Après phosphorylation par CDK4/6, pRb se dissocie du facteur de transcription E2F et active ainsi la progression du cycle cellulaire dans les cellules en division. En revanche, dans les neurones post-mitotiques, cette activation provoque l’apoptose. L’expression de pRb phosphorylée et d’E2F a été constatée dans un faible nombre de neurones de la SN de sujets parkinsoniens ainsi qu’une aneuploïdie de certains chromosomes indiquant l’activation de la machinerie de réplication de l’ADN (Höglinger et al., 2007). De plus, après traitement par MPP+, les neurones mésencéphaliques en culture expriment pRb phosphorylée et E2F. La présence de pRb phosphorylée a également été identifiée dans les neurones dopaminergiques de la SN de parkinsoniens (Jordan-Sciutto et al., 2003). Enfin, en culture cellulaire, la surexpression d’alpha-synucléine est à l’origine d’un passage accru des cellules en phase S avec une accumulation de la Cycline B (Lee et al., 2003). De plus, les études de GWAS ont retrouvé un polymorphisme du gène GAK (Cyclin G-associated kinase) comme facteur de risque de la MP. Ce polymorphisme modifie par ailleurs l’expression de SNCA au niveau cérébral (Dumitriu et al., 2011). Toutes ces données indiquent un dérèglement du cycle cellulaire et notamment de la transition G1/S, comme nous l’avons observé dans les PBMC (Figure 29).

Figure 29 : Représentation de la voie de signalisation du contrôle de la transition G1/S du cycle cellulaire issue du logiciel IPA.

Les molécules représentées en gris sont dérégulées dans la liste des 3070 gènes présents aux 3 stades de la MP.

Apoptose

La dérégulation de toutes les voies que nous avons décrites, issues des résultats du transcriptome des PBMC et des données de la littérature relative à la MP, ont pour conséquence la mise en jeu de la mort cellulaire programmée par apoptose. L’apoptose est un processus ATP-dépendant impliquant une cascade d’événements qui mène à l’activation de la caspase 3. Cette activation conduit à des modifications morphologiques de la cellule avec rétrécissement, bourgeonnement, condensation de la chromatine et fragmentation de l’ADN. On distingue 3 voies menant à l’apoptose : la voie intrinsèque, la voie extrinsèque et la voie du réticulum endoplasmique. La voie intrinsèque est associée à une cascade d’évènements moléculaires impliquant la mitochondrie et les membres de la famille Bcl2, à l’origine d’une libération du cytochrome C dans le cytosol et l’activation des caspases. La voie extrinsèque implique la liaison de ligands spécifiques aux récepteurs de la famille TNF, ce qui active les caspases. La voie réticulaire implique également des caspases, mais elle se déroule dans le réticulum endoplasmique. Cette voie est activée lorsque l’UPR (unfolded protein response) n’est plus

Figure 30 : Représentation de la voie de signalisation de l’apoptose issue du logiciel IPA.

Les molécules représentées en gris sont dérégulées dans la liste des 3070 gènes présents aux 3 stades de la MP.

Dans le cadre de la MP, la fragmentation de l’ADN a pu être repérée dans les neurones de la SN in vivo (Mochizuki et al., 1996 ; Tatton et al., 2003). Néanmoins, l’identification de neurones apoptotiques reste difficile en raison de la rapide disparition des cellules apoptotiques et de la relative lenteur de la dégénérescence des neurones dopaminergiques. De plus, l’activation de la caspase 3 effectrice a été montrée dans un faible nombre de neurones dopaminergiques (Tatton, 2000). L’étude transcriptomique à partir des neurones dopaminergiques a retrouvé une surexpression des marqueurs de la voie extrinsèque que sont le récepteur FAS, les membres de la famille des récepteurs TNF, la caspase 8 et TRADD. De plus, certains membres de la voie intrinsèque sont sous-exprimés tels BCL2L1 de la famille BCL2, le cytochrome C et PDCD6

(programmed cell death 6) (Simunovic et al., 2009). Une surexpression de Bax a été identifiée dans la SN de parkinsoniens (Tatton, 2000 ; Hartmann et al., 2001). Les modèles animaux et cellulaires de MP ont démontré l’activation des caspases et un aspect morphologique d’apoptose. La mort neuronale associée aux gènes SNCA, Parkin, LRRK2, PINK1 et DJ-1 impliquent également l’activation des caspases. De la même façon, les modèles toxiques avec MPTP, roténone et 6-OHDA produisent une activation des caspases et la libération de cytochrome C (Levy et al., 2009). Il paraît intéressant de vouloir bloquer l’apoptose à des fins thérapeutiques. Néanmoins, les molécules anti-apoptotiques risquent d’interférer avec les mécanismes physiologiques de contrôle cellulaire notamment de suppression des tumeurs. De plus, les études expérimentales ont suggéré que malgré la suppression des voies apoptotiques, les cellules exposées à des stress mourraient par d’autres mécanismes comme la nécrose. Enfin, le blocage des voies apoptotiques n’agit que sur les composants distaux de la mort cellulaire, mais ne préserve pas les fonctions neuronales.

En conclusion, nous avons identifié au sein des PBMC de sujets parkinsoniens une dérégulation des voies de signalisation cellulaire associées à la MP. Ces dérèglements semblent être le reflet au niveau périphérique des événements moléculaires cérébraux. L’étude du transcriptome nous a permis d’identifier des voies cellulaires reliées à la MP, dont certaines semblent prometteuses à des visées de neuroprotection.