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La O-GlcNAcylation
Une modification post-traductionnelle dépendant de la disponibilité en glucose.
La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle réversible des protéines cytosoliques, nucléaires et mitochondriales. A l’instar des phosphorylations, la O-GlcNAcylation peut contrôler leur activité, leur stabilité ou leur localisation sub-cellulaire, mais utilise un sucre (le N-Acétyglucosamine ou GlcNAc) plutôt qu’un phosphate pour modifier les résidus sérines et thréonine des protéines. La O-GlcNAcylation dépend étroitement de l’environnement nutritionnel de la cellule, et en particulier de la disponibilité en glucose. De fait, une fraction du glucose qui entre dans la cellule est dirigée vers la voie de biosynthèse des hexosamines et conduit à la production de l’UDP-GlcNAc, substrat utilisé par l’OGT (O-GlcNAc Transferase) pour O-GlcNAcyler les protéines. La réaction inverse est catalysée par l’OGA (O-GlcNAcase), qui retire le groupement GlcNAc des protéines. La O-GlcNAcylation a été impliquée dans diverses pathologies chroniques comme le diabète, l’obésité et le cancer.
O-GlcNAcylation et maladies métaboliques
Nos travaux antérieurs ont permis de montrer que la O-GlcNAcylation peut participer au phénomène de gluco-lipotoxicité au niveau de la cellule hépatique et beta-pancréatique (Kuo et al., 2008 ; Guinez et al., 2011 ; Fardini et al., 2014 ; Filhoulaud et al., 2019) en particulier en modifiant l’activité de facteurs de transcriptions comme FoxO1 et ChREBP. Alors que l’excès de O-GlcNAcylation peut avoir des effets délétères vis-à-vis de certaines complications diabétiques (Issad et al., 2010), plusieurs travaux suggèrent que la O-GlcNAcylation a également des effets protecteurs vis-à-vis des processus inflammatoires et de divers stress cellulaires (Baudoin and Issad, 2015). A l’aide de modèles animaux présentant des délétions ciblées de l’OGT, nous étudions actuellement le rôle de la O-GlcNAcylation dans le macrophage et la cellule hépatique.
O-GlcNAcylation et cancer
Le métabolisme du glucose étant fortement perturbé dans les cancers, nous nous sommes également intéressés au rôle de cette modification dans différents modèles de cellules cancéreuses (Kanwal et al., 2013, Groussaud et al., 2017, Jiménez-Castillo et al., 2022).
Nouveaux outils pour étudier la O-GlcNAcylation
Notre laboratoire a fait partie des équipes pionnières impliquées dans le développement de la technique de BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) pour l'étude de la signalisation cellulaire. Nous développons actuellement des outils de BRET permettant de suivre, en temps réel, dans les cellules vivantes, la O-GlcNAcylation dans différents compartiments cellulaires : membrane plasmique, cytosol, noyau (Groussaud et al. 2017 ; Al-Mukh et al., 2020), et plus récemment, mitochondrie (Pagesy et al., 2021).
O-GlcNAcylation dans le macrophage
Nous avons montré, dans les macrophages de souris et les macrophages humains dérivés de monocytes, que la stimulation par le LPS induit une augmentation générale de la O-GlcNAcylation des protéines, suggérant un rôle important de cette modification dans la signalisation par le TLR4 (Al-Mukh et al., 2020). Cette augmentation de O-GlcNAcylation induite par le LPS est due à une stimulation de l’expression de la GFAT2 (enzyme limitante de la voie de biosynthèse des hexosamines), via le facteur de transcription FoxO1.
De plus, nous avons observé que la O-GlcNAcylation a un effet protecteur vis-à-vis des processus inflammatoires dans le macrophage. En effet, dans les macrophages de souris invalidées pour l’OGT, l’absence de O-GlcNAcylation augmente fortement l'effet du LPS sur la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et sur l’induction de l’enzyme NOS2 (Nitric Oxyde Synthase 2). Ces résultats suggèrent que l’augmentation d’expression de GFAT2 induite par le LPS constitue un mécanisme protecteur vis-à-vis d’une inflammation excessive dans les macrophages. Nous étudions actuellement les mécanismes impliqués dans cette régulation et son rôle potentiel dans les processus inflammatoires.
Notre objectif sera de déterminer, en utilisant des approches ex vivo et in vivo, couplées à des études « multiomics », les mécanismes moléculaires et cellulaires par lesquels l’OGT régule négativement les processus pro-inflammatoires et/ou le stress oxydant dans le macrophage.
O-GlcNAcylation dans la cellule hépatique
Nous avons par ailleurs développé un modèle de souris invalidées pour l’OGT dans le foie. Ce modèle a révélé que la O-GlcNAcylation joue un rôle crucial dans la régulation du stress oxydant et de l’homéostasie hépatique. En effet, la diminution de la O-GlcNAcylation dans la cellule hépatique est associée, dès l’âge de 4 semaines, à une augmentation de l’expression de marqueurs de stress oxydant, de cytokines pro-inflammatoires, du stress du réticulum endoplasmique et de dommages de l’ADN, et, à l’âge de 8 semaines, à l’apparition de nodules de régénération, de fibrose et de marqueurs sanguins de cytolyse hépatique (ALAT).
Il est intéressant de noter que ces altérations peuvent être totalement prévenues lorsque les souris sont sevrées, à l'âge de 3 semaines, avec un régime riche en graisses et pauvre en glucides (régime cétogène) au lieu du régime standard de type croquettes de laboratoire(riches en glucides). Ceci suggère que l'OGT est nécessaire pour faire face à l'augmentation de l'apport en glucides qui se produit normalement pendant la transition allaitement-sevrage chez les souris (Ortega-Prieto, Parlati, et al., 2023).
Afin d'étudier, chez la souris adulte, les conséquences de la suppression de l'OGT avant l'apparition de lésions hépatiques sévères, nous avons également développé un modèle de souris permettant une délétion de l'OGT inductible par le tamoxifène. Notre objectif sera de caractériser les mécanismes moléculaires précoces responsables des altérations hépatiques induites par la délétion de l'OGT et les conséquences de manipulations nutritionnelles sur l’apparition ces altérations.
O-GlcNAcylation dans la mitochondrie
Du fait d’un épissage alternatif, 3 isoformes de l’OGT ont été décrites : une forme longue, nucléocytoplasmique (ncOGT), une forme courte (sOGT) également localisée dans le cytosol et le noyau, et une forme adressée à la mitochondrie (mOGT). Deux isoformes de l’OGA, longue (L-OGA) et courte (S-OGA), sont également produites par épissage alternatif. La forme longue de l’OGA, la plus étudiée, est retrouvée essentiellement dans le cytosol et dans le noyau. La forme courte S-OGA est restée très peu étudiée à ce jour. Notre équipe a récemment découvert que l’isoforme courte S-OGA est spécifiquement adressée à la mitochondrie, et qu’elle contrôle le niveau de ROS mitochondriaux (Pagesy et al., 2022, doi: 10.3390/cells11111827).
Notre objectif sera de caractériser, par des approches bio-énergétiques, protéomiques et BRET, les cibles de S-OGA dans les mitochondries afin d'élucider son mécanisme d'action dans la régulation de la production de ROS. Nous étudierons également son implication dans le stress oxydant associé aux maladies métaboliques comme le diabète et l’obésité, et en particulier dans la stéatose et la stéatohépatite.
