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Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 18, Numéro 2, Février 2002
Page(s) 147 - 149
Section Le Magazine : Nouvelles
DOI http://dx.doi.org/10.1051/medsci/2002182147
Publié en ligne 15 février 2002

Les protéines de choc thermique (heat shock proteins, HSP), définies à l’origine pour leur rôle cytoprotecteur contre le choc thermique, constituent une classe de protéines très conservées dans l’évolution. Par la suite, ces protéines se sont avérées protéger les cellules contre un grand nombre d’autres agressions chimiques aussi bien que physiques, et ce par leur inhibition de l’apoptose [1, 2]. Toutefois, les cibles moléculaires des HSP, en particulier celles de Hsp70 intervenant dans les voies d’induction de l’apoptose, ne sont connues que très partiellement. Deux équipes ont démontré de façon indépendante que Hsp70 peut interférer avec la formation du complexe activateur des caspases dénommé «apoptosome», composé du cytochrome c, de la protéine adaptatrice Apaf-1 (apoptotic protein activating factor-1) et de l’ATP. Hsp70 séquestre Apaf-1 et l’empêche de recruter la procaspase 9 au niveau de l’apoptosome, bloquant ainsi la cascade apoptotique dépendante des caspases [3, 4]. Apaf-1 n’est toutefois pas toujours nécessaire à l’effet cytoprotecteur de Hsp70 : nous avons montré en effet que la surexpression stable de Hsp70 dans des cellules Apaf-1−/− les protège de l’apoptose induite par la carence en facteurs de croissance [5]. Or, AIF (apoptosis inducing factor), un effecteur de la mort qui ne met pas en jeu la voie des caspases [6] s’est révélé indispensable, entre autres, dans le processus d’apoptose induit par la carence en facteurs de croissance [7, 8]. Il était donc plausible que Hsp70 puisse exercer un effet inhibiteur direct ou indirect sur AIF.

AIF : une nouvelle cible de Hsp70

Afin d’identifier une possible interaction fonctionnelle et/ou physique entre les deux protéines, nous avons tout d’abord travaillé dans un système acellulaire : la protéine AIF, sous forme naturelle, libérée des mitochondries, ou recombinante, provoque la condensation de la chromatine et la perte d’ADN de noyaux isolés. Ces stigmates d’apoptose nucléaire ne se produisent pas si AIF est préincubé avec Hsp70. Des expériences de co-immunoprécipitation, et de mesure d’interactions protéiques, montrent que AIF et Hsp70 peuvent interagir physiquement, et que cette interaction entre les deux protéines est directe. Cette association est spécifique de Hsp70 : la petite protéine de choc thermique Hsp27 ne protège pas les noyaux isolés de l’effet apoptotique de AIF, ce qui est conforme à nos précédents résultats [9], et AIF est incapable d’interagir avec d’autres Hsp (Hsp10, Hsp60) et notamment Hsp27 [9]. Un même effet inhibiteur de AIF par Hsp70 est également observé dans des cellules : la surexpression d’AIF provoque la mort cellulaire, mais cet effet cytotoxique est inhibé dans des cellules qui surexpriment de façon stable Hsp70. L’inhibition de AIF par Hsp70 est corrélée positivement avec l’interaction physique entre les deux protéines. La microinjection de la protéine AIF recombinante dans le cytoplasme des cellules provoque la chute du potentiel transmembranaire mitochondrial et la condensation de la chromatine et du noyau, tous signes associés au processus apoptotique. Si Hsp70 est injectée simultanément à AIF, ou si AIF est injectée dans des cellules surexprimant Hsp70, aucune de ces modifications mitochondriales et nucléaires ne se produit. En revanche, Hsp27 n’a aucun effet protecteur.

Comme d’autres Hsp, Hsp70 possède un domaine N-terminal de fixation de l’ATP (DFA) nécessaire à sa fonction de chaperon moléculaire, et un domaine C-terminal de fixation aux protéines (DFP) (Figure 1). Afin de préciser lequel de ces domaines interagissait avec AIF, nous avons utilisé des cellules exprimant soit la protéine Hsp70 entière, soit des mutants de Hsp70 porteurs de délétions dans le domaine DFA (Hsp70∆DFA) ou dans le domaine DFP (Hsp70∆DFP). Ces expériences démontrent que le domaine de fixation à l’ATP n’est pas requis pour le blocage de AIF par Hsp70, observation qui est en accord avec les expériences in vitro décrites ci-dessus, réalisées sur noyaux isolés en l’absence d’ATP. En revanche, le second domaine, DFP, s’avère nécessaire à l’inhibition par Hsp70 de l’effet cytotoxique de AIF. AIF peut se lier à Hsp70 entière et à Hsp70∆DFA, mais pas à Hsp70∆DFP. En revanche, l’interaction entre Hsp70 et Apaf-1 fait intervenir les deux domaines DFA et DFP et est, elle, dépendante de l’ATP [3, 4].

thumbnail Figure 1.

Domaines de la Hsp70 requis pour l’inhibition fonctionnelle de AIF, pour l’interaction avec AIF ou Apaf-1 et pour l’inhibition de l’apoptose face à différents inducteurs. Les constructions réprésentées ont été exprimées de façon stable dans la lignée cellulaire ME-180. La capacité de protection des différentes formes de Hsp70 contre la mort induite par la transfection de AIF ou les autres inducteurs a été mesurée, ainsi que la capacité d’interaction avec AIF ou Apaf-1. Le DFP est strictement nécessaire pour l’effet inhibiteur de Hsp70. En revanche, le DFA, qui est requis pour la fonction de chaperon moléculaire, n’est pas nécessaire pour bloquer la mort induite par la transfection de AIF, la carence en sérum, la ménadione, la staurosporine et la vinblastine. DFP: domaine de fixation des protéines; DFA: domaine de fixation de l’ATP.

Rôle de la fonction chaperon dans l’inhibition de l’apoptose ?

Le terme de « chaperons moléculaires » attribué aux HSP vient de ce qu’elles favorisent le repliement correct des protéines, y compris après un stress cellulaire. Dans le cas de Hsp70, cette fonction requiert de l’ATP [10]. Quelle est la relation entre cette activité de chaperon moléculaire et la neutralisation des protéines pro-apoptotiques ? Nos résultats suggèrent que le blocage de AIF par Hsp 70 est indépendant de cette propriété, alors que la liaison avec Apaf-1 nécessite la présence de l’ATP et son domaine de fixation [35]. Nous avons étudié le comportement de Hsp70 et des deux mutants Hsp70∆DFA et Hsp70∆DFP dans des cellules exposées à différents inducteurs de l’apoptose (Figure 1). Lorsque l’apoptose est induite par la carence en facteurs de croissance, la ménadione, la vinblastine, la staurosporine [5] et la chaleur [11], le DFP est requis pour reproduire l’effet anti-apoptotique de Hsp70 entière, mais pas le DFA. Or, AIF est un partenaire important du processus apoptotique induit par les deux premiers inducteurs [8] et, dans certains cas, par la staurosporine [6]. Dans ce modèle, AIF serait la cible principale de Hsp70.

Ces études révèlent donc que deux molécules phylogénétiquement très anciennes comme AIF [12] et Hsp70 [13] participent à la régulation de l’apoptose mais que cette activité ne met pas en jeu leurs fonctions enzymatiques connues : oxydoréductase pour AIF [14] et chaperon moléculaire dépendante de l’ATP pour Hsp70 [10]. Ces observations pourraient aussi suggérer que le blocage de l’interaction entre Hsp70 et AIF pourrait faciliter l’induction thérapeutique de l’apoptose, notamment dans les nombreux cancers qui surexpriment Hsp70.

Remerciements

Nous remercions nos collaborateurs S. Susin, N. Zamzami, E. Daugas, C. Maisse, N. Larochette (Cnrs, UMR 1599), M. Jäättelä (Danish Cancer Society, Danemark), T.W. Mak et J.M. Penninger (Amgen Institute, Canada).

Références

  1. Garrido C, Gurbuxani S, Ravagnan L, Kroemer G. Heat shock proteins: endogenous modulators of apoptotic cell death. Biochem Biophys Res Commun 2001; 286 : 433–42. (Dans le texte)
  2. Jolly C, Morimoto RI. Role of the heat shock response and molecular chaperones in oncogenesis and cell death. J Natl Cancer Inst 2000; 92 : 1564–72. (Dans le texte)
  3. Beere HM, Wolf BB, Cain K et al. Heat-shock protein 70 inhibits apoptosis by preventing recruitment of procaspase-9 to the Apaf-1 apoptosome. Nat Cell Biol 2000; 2 : 469–75. (Dans le texte)
  4. Saleh A, Srinivasula SM, Balkir L, Robbins PD, Alnemri ES. Negative regulation of the Apaf-1 apoptosome by Hsp70. Nat Cell Biol 2000; 2 : 476–83. (Dans le texte)
  5. Ravagnan L, Gurbuxani S, Susin SA, et al. Heat-shock protein 70 antogonizes apoptosis-inducing factor. Nat Cell Biol 2001; 3 : 839–43. (Dans le texte)
  6. Susin SA, Lorenzo HK, Zamzami N, et al. Molecular characterization of mitochondrial apoptosisinducing factor. Nature 1999; 397 : 441–6. (Dans le texte)
  7. Coulombel L. AIF est impliqué dans un processus d’apoptose embryonnaire. Med Sci 2001; 4 : 533–4. (Dans le texte)
  8. Joza N, Susin SA, Daugas E, et al. Essential role of the mitochondrial apoptosis-inducing factor in programmed cell death. Nature 2001; 410 : 549–54. (Dans le texte)
  9. Bruey JM, Ducasse C, Bonniaud P, et al. Hsp27 negatively regulates cell death by interacting with cytochrome c. Nat Cell Biol 2001; 2 : 645–52. (Dans le texte)
  10. Parsell DA, Lindquist S.The function of heat-shock proteins in stress tolerance: degradation and reactivation of damaged proteins. Annu Rev Genet 1993; 27 : 437–96. (Dans le texte)
  11. Li GC, Li L, Liu RY, Rehman M, Lee WM. Heat shock protein hsp70 protects cells from thermal stress even after deletion of its ATPbinding domain. Proc Natl Acad Sci USA 1992; 89 : 2036–40. (Dans le texte)
  12. Lorenzo HK, Susin SA, Penninger J, Kroemer G. Apoptosis inducing factor (AIF): a phylogenetically old, caspase-independent effector of cell death. Cell Death Differ 1999; 6 : 516–24. (Dans le texte)
  13. Lindquist S, Craig EA. The heat-shock proteins. Annu Rev Genet 1988; 22 : 631–77. (Dans le texte)
  14. Miramar MD, Costantini P, Ravagnan L, et al. NADH oxidase activity of mitochondrial apoptosis-inducing factor. J Biol Chem 2001; 276 : 16391–8. (Dans le texte)

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Liste des figures

thumbnail Figure 1.

Domaines de la Hsp70 requis pour l’inhibition fonctionnelle de AIF, pour l’interaction avec AIF ou Apaf-1 et pour l’inhibition de l’apoptose face à différents inducteurs. Les constructions réprésentées ont été exprimées de façon stable dans la lignée cellulaire ME-180. La capacité de protection des différentes formes de Hsp70 contre la mort induite par la transfection de AIF ou les autres inducteurs a été mesurée, ainsi que la capacité d’interaction avec AIF ou Apaf-1. Le DFP est strictement nécessaire pour l’effet inhibiteur de Hsp70. En revanche, le DFA, qui est requis pour la fonction de chaperon moléculaire, n’est pas nécessaire pour bloquer la mort induite par la transfection de AIF, la carence en sérum, la ménadione, la staurosporine et la vinblastine. DFP: domaine de fixation des protéines; DFA: domaine de fixation de l’ATP.

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