Rôle dans la réponse au stress

Dans de nombreux cas, que ce soit au niveau de son expression ou de son activation (i.e. déphosphorylation), 4E-BP1 est activée suite à un stress. En effet, comme expliqué précédemment, l’expression de 4E-BP1 est induite en condition de stress : atrophie musculaire, hypoxie, stress génotoxique ou encore stress du réticulum. De plus, son activation par déphosphorylation ou par clivage est elle aussi induite en réponse à différents stress. Le rôle de 4E-BP1 dans la réponse au stress n’est pas très clair. Fréquemment décrit comme nécessaire pour la survie des cellules, il peut, dans certaines conditions, revêtir un rôle pro-apoptotique.

Stress nutritif

De nombreuses études décrivent 4E-BP1 comme une protéine impliquée dans la survie dans des conditions de stress. En travaillant sur la drosophile, Aurelio Teleman et ses collaborateurs ont montré que l’ablation de l’unique d4E-BP conduisait à la diminution de la survie en condition de privation en nutriment (Teleman et al., 2005). La même année, une équipe canadienne rapporta que l’absence de d4E-BP réduit de 25% la survie globale des drosophiles en condition de croissance normale (Tettweiler et al., 2005). Ces études ont été

parmi les premières à révéler le caractère pro-survie de 4E-BP1 lié à son rôle de frein métabolique. Son rôle de frein métabolique a également été caractérisé chez la souris KO pour 4E-BP1. Ces souris (mâles) présentent une réduction de 10% de leur masse corporelle (Blackshear et al., 1997) qui semble due à la diminution de la masse adipeuse blanche (Tsukiyama-Kohara et al., 2001). Cet effet serait la conséquence d’une dérégulation de la différenciation du tissu adipeux blanc au profit de la masse adipeuse brune (Tsukiyama- Kohara et al., 2013).

Dans les cellules -pancréatiques productrices d’insuline de mammifère, 4E-BP1 semble paradoxalement être impliquée dans la mort cellulaire. En effet, une équipe suisse a montré que l’inhibition de 4E-BP1 est nécessaire aux effets bénéfiques des HDL (High Density Lipids) sur la survie des cellules -pancréatiques en condition de stress nutritif (Pétremand et al., 2009). De même, une étude publiée récemment a mis en évidence le rôle pro-apoptotique de 4E-BP1 dans les cardiomyocytes dans lesquels l’expression d’un mutant constitutivement actif de 4E-BP1 (forme non phosphorylable) conduit à leur apoptose (Zhang et al., 2010).

Stress oxydatif

Les travaux de Gritta Tettweiller cités deux paragraphes au-dessus montrent également que les drosophiles présentant une délétion de d4E-BP sont plus sensibles au stress oxydatif (Tettweiler et al., 2005). Chez les mammifères, 4E-BP1 protège les cellules - pancréatiques de la mort induite par le stress oxydatif (Tominaga et al., 2010). Cet effet repose en partie sur l’activation de la kinase JNK (c-Jun N-terminal Kinase) qui régule 4E-BP1 de manière paradoxale. D’une part elle réprime la transcription de 4E-BP1 mais d’autre part induit son activation. Ces effets inverses conduisent en réalité à une activation de 4E-BP1 qui reste transitoire. Ce mécanisme explique peut être comment la cellule en modulant l’activité de 4E-BP1 peut à la fois activer des processus de survie cellulaire ou au contraire de mort cellulaire.

Hypoxie

Le rôle contradictoire de 4E-BP1 apparait également en réponse à l’hypoxie. En condition de faibles concentrations en oxygène, l’inhibition de la traduction par l’action de

4E-BP1 est décrit comme un phénomène pro-apoptotique (Li et al., 2002). Cependant, 4E- BP1 protège également les cellules tumorales de la mort induite par irradiation en favorisant la survie des cellules en hypoxie (Dubois et al., 2009).

Stress du réticulum

Suguru Yamaguchi et ses collaborateurs ont démontré le rôle capital de 4E-BP1 dans la survie des cellules -pancréatiques productrices d’insuline en condition de stress du réticulum. Les cellules -pancréatiques dépourvues de 4E-BP1 montrent une sensibilité accrue au stress du réticulum. De plus, les souris KO pour le gène Eif4ebp1 soumises à un stress du réticulum provoqué par un régime riche en graisse présentent une mortalité des cellules -pancréatiques plus importante que les souris sauvages. Le rôle protecteur de 4E- BP1 proviendrait notamment de sa capacité à inhiber la traduction de la protéine pro- apoptotique CHOP (C/EBP HOmologous Protein) (Yamaguchi et al., 2008). Cette étude pourrait expliquer la susceptibilité des souris 4E-BP1/2 KO à l’obésité et au développement d’une résistance à l’insuline (Le Bacquer et al., 2007).

En 2013, une étude intéressante a relié la mort cellulaire à un excès de synthèse protéique (Han et al., 2013). Dans ce travail, les auteurs ont remarqué que la surexpression d’ATF4 et de CHOP, deux facteurs de transcription spécifiques de la réponse au stress du réticulum induisaient la mort en stimulant la transcription de gènes impliqués dans la synthèse protéique. L’excès de synthèse protéique qui en résulte provoque alors un stress oxydatif et une déplétion en ATP qui conduisent à la mort cellulaire. 4E-BP1 qui est un inhibiteur de la synthèse protéique et de la traduction de la protéine CHOP (Yamaguchi et al., 2008), constitue donc un élément protecteur vis-à-vis de la mort cellulaire induite par le stress du réticulum.

S’il est évident que 4E-BP1 est fortement régulée (au niveau transcriptionnel comme au niveau post-traductionnel) en réponse au stress, sa fonction (pro-apoptotique ou pro- survie) reste sujet à débat. Elle semble être dépendante du stress et du contexte cellulaire. On peut aussi supposer que, comme de nombreuses protéines impliquées dans la réponse au stress, la fonction première de 4E-BP1 est de réduire le taux de synthèse protéique afin

de permettre à la cellule de rétablir ses fonctions normales et de survivre. Cependant, si le stress n’est pas résolu et persiste, l’inhibition prolongée de la synthèse protéique médiée par 4E-BP1 favorise la mort cellulaire. La cellule s’assure ainsi une survie propice à la résolution d’un stress mais également un mécanisme de mort cellulaire si les dommages engendrés par le stress sont trop importants pour être réparés. 4E-BP1 a donc une fonction régulatrice des mécanismes de mort ou de survie en réponse au stress.

D.2.5.3 4E-BP1 et le contrôle des enzymes digestives

Les enzymes digestives (telles que l’amylase, l’élastase, la lipase) nécessaires à la digestion du bol alimentaire sont principalement synthétisées par la partie exocrine du pancréas (voir détails dans le chapitre III, section B.2). Dans le pancréas, la synthèse des enzymes digestives est très régulée. Les enzymes sont stockées dans les cellules exocrines du pancréas au niveau de granules de sécrétion. L’entrée des aliments dans le tractus digestif provoque simultanément le relargage des granules de sécrétion et la synthèse de novo de nouvelles enzymes afin de reconstituer les stocks nécessaires à la digestion du repas suivant. Une fois les stocks de granules de sécrétions rétablis, la production des enzymes est stoppée. Le contrôle de la production des enzymes digestives est réalisé en grande majorité au niveau traductionnel et principalement à l’étape de l’initiation (Hashimoto and Hara, 2003; Perkins and Pandol, 1992; Sans et al., 2004). Compte tenu de sa fonction dans la production/sécrétion régulée de protéines, le pancréas exocrine est pourvu d’une machinerie traductionnelle performante. Les cellules du pancréas exocrine présentent un large réticulum endoplasmique granuleux et il est l’un des organes qui expriment 4E-BP1 (Martineau et al., 2013; Tsukiyama-Kohara et al., 2001).

Le rôle de 4E-BP1 dans la régulation des enzymes digestives a été abordé par l’équipe du professeur John A Williams. Les premières expériences de marquage métabolique (Méthionine-S35) réalisées sur des acini pancréatiques isolés ont montré que des sécrétagogues tels que la CCK (cholecystokinine) sécrétés lors de la prise alimentaire étaient capables d’induire la synthèse protéique. Quelques années plus tard, la même équipe démontra que l’effet de la CCK sur l’induction de la synthèse protéique dans les acini pancréatiques pouvait être bloquée par des inhibiteurs des kinases PI3K (wortmannin et LY294002) et mTOR (Rapamycine) démontrant l’implication directe de la voie

PI3K/Akt/mTOR dans la régulation de la synthèse protéique (Bragado et al., 1998). Ces résultats ont par la suite, été confirmés in vivo (Bragado et al., 2000) et la prise alimentaire elle-même a été montrée comme stimulant la synthèse protéique en activant la voie PI3K/Akt/mTOR (Sans et al., 2004). En étudiant les effecteurs de cette voie, les auteurs remarquèrent que l’induction de la synthèse protéique par la CCK s’accompagne de la phosphorylation de 4E-BP1 et de la rupture de sa liaison avec eIF4E qui peut alors stimuler la traduction des ARNm codant pour les enzymes digestives. 4E-BP1 devrait donc jouer un rôle crucial dans la régulation des enzymes digestives. En effet, l’alternance de sa forme phosphorylée (inactive) et déphosphorylée (active) corrèle avec l’activation et l’inhibition de la synthèse des enzymes digestives (Bragado et al., 2000). Cependant, ces données restent corrélatives et aucun lien de cause à effet entre régulation de 4E-BP1 et synthèse des enzymes digestives n’a été démontré.