PGC-1Į

l’augmentation de l’expression de gènes de la mitochondrie et de la respiration cellulaire (Cunningham et al., 2007). Par ailleurs, tout comme les souris KO pour NRF-1 ou NRF-2Į, des souris KO pour YY1 présentent une létalité embryonnaire précoce (Donohoe et al., 1999).

D.1.7. c-MYC.

Le facteur c-MYC semble également jouer un rôle dans la biogenèse mitochondriale. Ce facteur peut induire l’expression du cytochrome c et d’autres gènes cibles de NRF-1 en se liant à des sites contenus dans le promoteur de NRF-1 et sensibiliser les cellules à l’apoptose en dérégulant l’expression de gènes cibles de NRF-1 (Morrish et al., 2003). De plus, des fibroblastes dont le gène MYC a été invalidé présentent une diminution de leur contenu mitochondrial. La ré-expression de c-MYC dans ces cellules permet de restaurer partiellement la masse mitochondriale (Li et al., 2005).

D.2. Coactivateurs nucléaires impliqués dans la biogenèse mitochondriale.

Les coactivateurs de la famille PGC-1 jouent un rôle important dans le contrôle de la biogenèse et du fonctionnement de la mitochondrie en intégrant des signaux externes et internes et en augmentant de manière coordonnée l’activité de divers facteurs de transcription régulant l’expression de gènes codant pour des protéines impliquées dans le fonctionnement mitochondrial. PGC-1Į a été identifié par l’équipe de Spiegelman (Puigserver et al., 1998) comme une protéine interagissant avec PPARȖ. PGC-1ȕ et PRC (PGC-1-Related Coactivator) ont été identifiés sur la base de leur similarité avec PGC-1Į. Ces trois coactivateurs partagent des caractéristiques moléculaires importantes pour la régulation des gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial.

D.2.1. PGC-1Į.

PGC-1Į possède différents domaines fonctionnels référencés par Scarpulla (2008a). Bien que n’ayant pas d’activité de modification des histones par lui-même, PGC-1Į interagit par l’intermédiaire d’un puissant domaine d’activation transcriptionnel NH2-terminal avec des cofacteurs possédant une activité intrinsèque de remodelage de la chromatine (figure I25). En plus de PPARȖ, PGC-1Į se lie à plusieurs récepteurs nucléaires aux hormones. Il active le promoteur d’UCP-1 par l’intermédiaire de PPARȖ et du récepteur thyroïdien ȕ. Le motif LXXLL adjacent au domaine d’activation est essentiel pour la coactivation par l’intermédiaire de certains récepteurs nucléaires. La région COOH-terminale, qui comprend un domaine riche



en arginines et en sérines ainsi qu’un domaine de liaison à l’ARN, permettrait le couplage entre l’épissage de l’ARN pré-messager et la traduction.

o Implications de PGC-1Į dans le fonctionnement mitochondrial.

ƒ Rôles de PGC-1Į dans le fonctionnement de la machinerie oxydative mitochondriale.

PGC-1Į est impliqué dans la régulation de la thermogenèse adaptative ; l’expression de l’ARNm de ce coactivateur est considérablement augmentée dans la graisse brune après exposition au froid (Puigserver et al., 1998). La thermogenèse adaptative passe par une induction de la biogenèse mitochondriale et PGC-1Į est un puissant inducteur de ce procédé. La surexpression de PGC-1Į dans des myoblastes en culture ou dans d’autres cellules entraîne une augmentation de l’expression des transcrits de sous-unités de la chaîne respiratoire, des protéines COX IV et cytochrome c ainsi que de la quantité d’ADNmt (Wu et al., 1999). NRF-1 est une cible importante pour l’induction de la biogenèse mitochondriale médiée par PGC-1Į (figure I26). Ce coactivateur peut induire l’expression de TFAM, TFB1M et TFB2M par l’intermédiaire de NRF-1 et NRF-2 ce qui entraîne une augmentation de la transcription de l’ADNmt (Gleyzer et al., 2005). ERRĮ a également été associé à la biogenèse mitochondriale induite par PGC-1Į (Schreiber et al., 2004). En plus de ses effets sur la chaîne respiratoire et la transcription de l’ADNmt, PGC-1Į participe au fonctionnement oxydatif mitochondrial en induisant l’expression de gènes impliqués dans les voies d’oxydation des acides gras et de synthèse de l’hème. PPARĮ induit l’expression des ARNm des enzymes responsables de l’oxydation des acides gras ; son expression est enrichie dans la graisse brune et d’autres tissus présentant un fort métabolisme oxydatif comme le cœur, le rein et le muscle squelettique (Gulick et al., 1994). La fixation de PPARĮ sur le motif LXXLL de PGC-1Į est associée à l’activation des promoteurs dépendant de PPARĮ (Vega et al., 2000). PGC-1Į peut aussi utiliser NRF-1 pour induire la transcription de la į-ALA synthase, enzyme limitante de la voie de synthèse de l’hème (Handschin et al., 2005). Tel que le résume la figure I26, PGC-1Į a donc la capacité d’intégrer les activités de divers facteurs de transcription impliqués dans l’expression et le fonctionnement de la machinerie oxydative mitochondriale pour induire la biogenèse et la respiration mitochondriales.

ƒ Implication de PGC-1Į dans le système de défense des EROs.

La chaîne de transport des électrons mitochondriale est la principale source de production des EROs dans la cellule. Dans des cellules, un stress oxydatif engendré par le peroxyde



d’hydrogène H₂O₂ induit non seulement l’expression de gènes codant pour des protéines du système de défense des EROs telles que les superoxydes dismutases SOD1 et SOD2, la catalase et la glutathion peroxydase mais aussi l’expression des ARNm de PGC-1Į, de l’UCP2, de l’UCP3 et de l’ANT1 (St-Pierre et al., 2006). Un ARN interférent dirigé contre PGC-1Į abolit l’augmentation d’expression de ces gènes suite à un traitement par H₂O₂. De plus, des souris PGC-1Į^-/- présentent un système de défense contre les EROs réduit (St-Pierre et al., 2006). La liaison de la forme phosphorylée de CREB sur le promoteur de PGC-1Į augmente suite à un traitement par H₂O₂, ce qui suggère l’implication de CREB dans l’induction de l’expression des gènes du système de défense des EROs médiée par PGC-1Į. Par ailleurs, Rangwala et ses collaborateurs (2007) ont montré que l’induction, par PGC-1Į, de l’expression de gènes du système de défense des EROs, dont SOD2, nécessite la présence d’ERRĮ.

PGC-1Į est donc impliqué dans l’activation de nombreux mécanismes. L’expression transcriptionnelle de PGC-1Į peut être régulée physiologiquement par différentes voies de signalisation.

o Voies de signalisation régulant l’expression de PGC-1Į.

ƒ Induction de PGC-1Į et de la biogenèse mitochondriale par la voie de l’AMPc.

Dans le tissu adipeux brun, suite à une exposition au froid, la production d’AMPc augmente, ce qui entraîne la phosphorylation de CREB par la PKA et, par conséquent, active CREB (figure I26). CREB peut alors induire des effets directs et indirects sur le programme de thermogenèse en induisant notamment l’expression de PGC-1Į et de l’UCP1 (Cao et al., 2004). En réponse au jeûne, la voie AMPc/CREB peut également induire l’expression de PGC-1Į dans le foie où le coactivateur régule l’expression de gènes codant pour des enzymes de la gluconéogenèse (Yoon et al., 2001).

ƒ Induction de PGC-1Į et de la biogenèse mitochondriale dans le muscle par l’exercice et la privation d’énergie.

De nombreuses études ont montré que PGC-1Į est impliqué dans la biogenèse mitochondriale induite par l’exercice dans le muscle squelettique. Chez des rats, après exercice, l’expression de PGC-1Į, l’activité de liaison à l’ADN de NRF-1 et de NRF-2 ainsi que l’expression de plusieurs gènes cibles des NRFs sont augmentées (Baar et al., 2002). Durant la contraction musculaire, la concentration calcique cytoplasmique augmente. Des

 

changements d’expression d’ARNm similaires à ceux obtenus après exercice chez le rat ont été observés dans des myotubes en culture en réponse à une élévation des taux de calcium (Ojuka et al., 2003 ; Wright et al., 2007), ce qui suggère un rôle de PGC-1Į dans la biogenèse mitochondriale adaptative des cellules musculaires squelettiques.

La privation en énergie, consécutive à l’exercice, augmente l’expression de PGC-1Į dans le muscle (figure I26). La consommation d’ATP durant l’exercice conduit à une élévation du ratio AMP/ATP, ce qui augmente l’activité de l’AMPK. Or, l’AMPK participe à la biogenèse mitochondriale induite par PGC-1Į. En effet, chez des souris sauvages, la déplétion des stocks de phosphocréatinine du muscle par un analogue de la créatine kinase entraîne une activation de l’AMPK ce qui a pour conséquences une augmentation de l’expression de l’ARNm de PGC-1Į, de la protéine cytochrome c et de la densité mitochondriale (Zong et al., 2002). En revanche, chez des souris transgéniques exprimant une forme mutante dominante-négative de l’AMPK dans le muscle squelettique, aucun de ces paramètres n’est augmenté suite au traitement par l’analogue de la créatine kinase. De plus, l’exercice modéré ou une stimulation électrique entraînent l’activation de l’AMPK et une augmentation de l’ARNm et de la protéine PGC-1Į (Terada et al., 2002 ; Atherton et al., 2005). Par ailleurs, l’augmentation du taux de calcium par la contraction musculaire active la CaMK (Ca⁺⁺/Calmodulin-dependent protein Kinase) qui entraîne l’activation de CREB et, associée à l’activation de l’AMPK, conduit à l’induction de l’expression de PGC-1Į et à l’activation des NRFs (Ojuka, 2004). Cependant, le rôle physiologique de la CaMK dans la régulation de la biogenèse mitochondriale dans le muscle en réponse à l’exercice physique demeure source de controverses (Reznick et Shulman, 2006).

L’augmentation de la concentration en calcium induite par l’exercice entraîne également la transcription de PGC-1Į par l’intermédiaire de la calcineurine A et de MEF2 (Myocyte Enhancer Factor 2), facteur régulant l’expression de sous-unités de la COX spécifiques du muscle et dont l’expression est elle-même régulée par le coactivateur PGC-1Į (Handschin et al., 2003). La contraction musculaire conduit aussi à l’activation de la voie des MAPKs, ce qui induit l’expression de PGC-1Į par l’intermédiaire d’ATF2 (Akimoto et al., 2005).

ƒ Induction de PGC-1Į et de la biogenèse mitochondriale par le monoxyde d’azote.

Le traitement de différents types de cellules (adipocytes primaires et 3T3, cellules monocytaires U937, cellules HeLa, myoblastes L6 et cellules de phéochromocytome PC12),



pendant plusieurs jours, par le SNAP ((±)-S-Nitroso-N-AcetylPenicillamine) ou le DETA-NO, des donneurs de DETA-NO, augmente le contenu en ADNmt ainsi que l’expression de la sous-unité COX IV et du cytochrome c ; ces effets sont abolis par l’oxyhémoglobine qui capture le NO (Nisoli et al., 2003 ; Nisoli et al., 2004). Cette augmentation de la biogenèse mitochondriale passe par une augmentation de l’expression des ARNm de PGC-1Į, NRF-1 et TFAM et dépend du second messager GMPc (Guanosine MonoPhosphate cyclique). Par ailleurs, le NO entraîne la biogenèse de mitochondries fonctionnellement actives capables de produire de l’ATP par la phosphorylation oxydative (Nisoli et al., 2004). L’étude de souris eNOS^-/- a montré que la NOS endothéliale joue un rôle très important dans la biogenèse mitochondriale (Nisoli et al., 2003). La graisse brune de ces souris est fonctionnellement inactive avec un défaut de la biogenèse mitochondriale et une diminution de la température corporelle lors de l’exposition au froid. La délétion de eNOS est suffisante pour réduire la masse mitochondriale même dans des tissus ayant une expression basale des autres formes de NOS, nNOS et iNOS, et est accompagnée d’une diminution de la consommation d’oxygène et du taux d’ATP comparativement à ce qui est observé chez les souris sauvages. L’induction de l’expression de la NOS endothéliale dans des cellules HeLa, n’exprimant pas cette protéine, entraîne en revanche les mêmes effets que ce qui est observé avec les donneurs de NO ; ces effets sont abolis par un inhibiteur de la eNOS, le L-NAME (N^G-Nitro-L-Arginine-Méthyl Ester) (Nisoli et al., 2003). Par ailleurs, le pré-conditionnement hypoxique induit une biogenèse mitochondriale subcorticale dans le cerveau de souris par un mécanisme nécessitant la régulation de PGC-1Į et de CREB par la nNOS (Gutsaeva et al., 2008).