CHAPITRE 2 : LA HUNTINGTINE
5. Les rôles de la Huntingtine
L’expression ubiquitaire de la HTT, sa localisation dans plusieurs compartiments subcellulaires, sa capacité à interagir avec de nombreuses protéines (Shirasaki 2012) et à adopter de multiples conformations suggèrent que la HTT est impliquée dans de nombreux processus cellulaires. En effet, La HTT est considérée comme une protéine d’échafaudage capable d’interagir avec de nombreux partenaires dans différents processus cellulaires : la transcription, le trafic cellulaire, l’endocytose, la survie et le métabolisme.
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5.1. La transcription
Bien que la HTT soit cytosolique, elle est capable de transloquer au et plusieurs de ces intéracteurs sont des facteurs de transcription. De nombreuses dérégulations transcriptionnelles ont été observées dans des cerveaux de patients post-mortem et dans différents modèles murin de la MH (Luthi-Carter 2000; Luthi-Carter 2002; Valor 2014). La HTT est impliquée dans la régulation de l’expression de plusieurs gènes par sa capacité à établir des interactions avec de nombreux facteurs de transcription(Saudou et Humbert 2016). Ces facteurs incluent la protéine CREB (pour cAMP-reponse element binding protein) (Steffan 2000), le facteur NeuroD impliqué dans la différentiation neuronale (Marcora 2003) et le facteur de suppression de tumeur p53 (Steffan 2000). La HTT est par ailleurs un activateur de la transcription des gènes régulés par NRSF (pour Neuron Restrictive Silencer Factor), qui sont fortement impliqués dans le développement et la survie neuronale(Zuccato 2003). Le meilleur exemple étant le BDNF, dont la HTT sauvage promeut l’expression tandis qu’une réduction est observée dans les modèles de la MH (Zuccato 2001). Enfin, la HTT contribue au remodelage de la chromatine et a par conséquent un rôle dans la régulation de l’accessibilité à l’ADN (Seong 2010).
5.2. Dynamique intracellulaire
La HTT est impliquée dans l’endocytose, le trafic des endosomes, ainsi que dans le trafic et le recyclage vésiculaires. Ainsi, la HTT interagit avec les protéines HIP1 (pour Huntintgtin
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Interacting Protein) et HIP1β, toutes deux connues pour leur implication dans l’initiation de l’endocytose dépendante de la clathrine, qui permet l’invagination de la membrane cellulaire par la formation d’un réseau de clathrine (Legendre-Guillemin 2002; Waelter 2001). La HTT est également capable d’interagir avec les extrémités N- et C-terminales de la dynamine-1, protéine clé de la formation d’endosomes (El-Daher 2015). La HTT interagit avec la protéine GTPase Rab11, qui participe au recyclage des vésicules endocytées (Li 2008). Cette interaction est d’ailleurs un facteur déterminant de la polarité apico-basale des cellules épithéliales (Elias 2015). Enfin, la HTT est aussi connue pour interagir avec Rab5 et Rab8
(Shirazaki 2010) qui sont respectivement impliqués dans le trafic des endosomes précoces
(Pal 2006) et du réseau trans-golgien (Faber 1998).
La HTT régule également le trafic vésiculaire. En effet, la HTT interagit avec la dynéine, moteur moléculaire antérograde, par la formation d’un complexe avec HAP1 (pour Huntingtin-Associated Protein), la dynactine et la kinésine KIF5C (Gauthier 2004; Caviston 2007;
Twelvetrees 2010). Ainsi, la HTT augmente le transport antérograde de différentes organelles
dans l’axone et les dendrites (Zala 2013;Virlogeux 2018), ainsi que de différents cargos tels que les protéines v-SNARE et VAMP7 (Colin 2008), le BDNF (Gauthier 2004) ou encore le récepteur au GABA(Twelvetrees 2010). Enfin, la phosphorylation S421 de la HTT permet de réguler l’orienter le transport vésiculaire en favorisant le transport rétrograde (Colin 2008). Enfin, la HTT permet de maintenir un transport vésiculaire rapide en favorisant le maintien de la glycéraldéhyde 3-phosphate dehydrogénase (GAPDH) au plus près des moteurs moléculaires, permettant un apport local d’énergie qui alimente la machinerie de transport
(Zala 2013). De plus, la HTT sert de support pour toutes les enzymes glycolytiques sur les
vésicules et apport énergétique de la glycolyse suffisant pour le transport le long des microtubules (Hinckelmann 2016).
5.3. Division cellulaire
La HTT est exprimée dans les cellules pendant la division cellulaire et notamment pendant les phases de mitose dans des modèles neuronaux et non-neuronaux. De façon intéressante, elle est localisée au niveau des pôles du fuseau mitotique, sur les microtubules polaires et astraux. Pendant la mitose, la HTT facilite le recrutement de NUMA et LGN aux pôles du fuseau mitotique (Elias 2014; Godin 2010). Puis, elle facilite le transport d’un complexe dynéine/dynactine/NUMA/LGN vers le cortex cellulaire en périphérie de la cellule via son interaction avec la Kinésine-1. Ce complexe, une fois localisé au niveau du cortex cellulaire, génère des forces de traction sur les microtubules astraux et permet l’orientation du fuseau mitotique pendant la mitose (Elias 2014). La déplétion de HTT induit une mauvaise orientation de ce fuseau altérant le processus de différenciation des cellules filles générées notamment
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lors de la division des cellules souches des glandes mammaires et au cours de la neurogenèse embryonnaire (Elias 2014; Godin 2010, Figure 10).
Figure 10 : La HTT permet le recrutement de la dynéine et de la dynactine dans différents processus cellulaires.
En haut : La HTT contrôle le transport des organelles de façon antérograde et rétrograde dans les dendrites et les axones des neurones. En bas : Pendant la mitose, la HTT est transportée au cortex cellulaire par la Kinésine où elle sert de protéine d’échafaudage pour le complexe dynéine/dynactine/NUMA/LGN dépendant de la kinésine (Saudou et Humbert 2016).
5.4. Survie cellulaire
L’expression de la HTT a un effet pro-survie pour les cellules en culture soumises à différents stress (Ho 2001; Leavitt 2006), tandis que sa déplétion induit une sensibilité à la mort cellulaire (Zhang 2006). Ces observations ont été confirmées in vivo par la surexpression de HTT sauvage dans des souris soumises à un stress excitotoxique ou à l’ischémie (Leavitt 2006 ; Zhang 2006). La neuroprotection procurée par la HTT est liée à son interaction avec les caspases γ et 9 dont elle inhibe l’activation (Rigamonti 2001; Zhang 2006). Un autre mécanisme par lequel la HTT assure son effet neuroprotecteur est en lien avec le BDNF. En effet, la HTT régule aussi bien son expression (Zuccato 2001) que son transport axonal
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kinase B), le récepteur du BDNF, dont l’intégrité est également nécessaire à la survie cellulaire, dépendent aussi de la HTT et du complexe qu’elle forme avec les moteurs moléculaires (Liot 2013).
5.5. Autophagie
La HTT joue un rôle clé dans la régulation de l’autophagie. L’autophagie est une voie essentielle contribuant à éliminer les protéines mal repliées, les agrégats protéiques et les organelles. La HTT est une protéine d’échafaudage permettant la formation du complexe spécifique de la macro-autophagie. Elle interagit avec p62 et facilite son association avec LC3 (récepteur de cargo pendant l’autophagie) et Ub-k63 (impliqué dans la formation et fusion des membranes). De ce fait, la HTT conduit les produits à éliminer vers l’autophagosome. De plus, la HTT favorise l’autophagie en se liant à ULK1, une kinase initiant l’autophagie (Rui 2015). Il existe plusieurs similarité entre la HTT et les protéines régulant l’autophagie dans la levure ce qui soutient l’hypothèse d’un rôle prépondérant de la HTT en tant que protéine assemblant le complexe d’autophagie (Ochaba 2014). Dans les neurones, l’autophagosome se forme en périphérie et doit être transporté vers le soma. La HTT avec son partenaire HAP1 favorise le transport axonal des autophagosomes (Wong & Holzbaur 2014). La suppression de l’expansion polyQ chez la souris conduit à une augmentation de l’autophagie et améliore la survie (Zheng 2010). De ce fait, le rôle de la HTT dans l’autophagie pourrait dépendre de l’expansion polyQ dont l’allongement contribuerait à modifier ses fonctions.
5.6. Ciliogenèse
La HTT est une protéine essentielle à la formation de cil primaire motile ou non. La HTT localisée à la base des cils primaires des neurones, des photorécepteurs ciliés et des cellules multi-ciliées (Haremaki 2015, Karam 2015, Keryer 2011). Elle est particulièrement abondante dans l’axonème, la structure centrale du cil primaire (Karam 2015). L’inactivation de la HTT chez la souris et dans le modèle xenope conduit à des défauts de formation du cil primaire et son atrophie (Haremaki 2015, Keryer 2011). Dans le modèle génétique murin HdHQ111/Q111, l’effet inverse caractérisé par une hypertrophie ciliaire des cellules épendymaires a été observé (Keryer 2011). Dans le cil primaire, la HTT interagit avec HAP-1 et PCM1 (pour pericentriolar material 1) où elle permet le transport rétrograde de PCM1 (Haremaki 2015,
Keryer 2011). Ce transport est assuré par la formation du complexe HAP-1/Dyneine/Dynactine
(Keryer 2011). La localisation de la HTT à l’axonème serait notamment régulée par la phosphorylation du signal d’export nucléaire de sa région N-terminale (Maiuri 2013).