Mécanismes moléculaires et cellulaires à la base du pouvoir neuroprotecteur de la protéine "mitochondriale" X du bornavirus

• Main Author: Ferré, Cécile
• Other Authors: Toulouse 3
• Language: fr
• Published: 2016
• Subjects: Neurodégénérescence; Mitochondrie; Apoptose; Bornavirus; Biothérapie
• Online Access: http://www.theses.fr/2016TOU30049/document

Les maladies neurodégénératives constituent un enjeu humain, sociétal et économique majeur, dont l'importance croît avec le vieillissement des populations. Cette dénomination regroupe un grand nombre de maladies neurologiques, comme les maladies d'Alzheimer, de Parkinson ou la sclérose latérale amyotrophique (SLA). L'étiologie de ces maladies est complexe et reste encore mal comprise. Néanmoins, elles résultent vraisemblablement d'une combinaison de facteurs génétiques et environnementaux et se caractérisent toutes par la dégénérescence d'une population neuronale spécifique. Les mitochondries jouent un rôle primordial dans l'apport énergétique, la régulation calcique ou la gestion du stress cellulaire et sont directement impliquées dans le déclenchement de la mort cellulaire programmée (ou apoptose). L'implication centrale de cet organite dans les pathologies neurodégénératives a logiquement suscité un ciblage croissant des fonctions mitochondriales dans les nouvelles approches thérapeutiques envisagées ces dernières années. Des curcuminoïdes ont par exemple été testés pour contrer les effets dus au stress oxydatif, mais les résultats restent encore à être améliorés. L'utilisation de facteurs anti-apoptotiques dérivés de virus représente une piste très prometteuse. En effet, l'apoptose des cellules infectées représente la "première ligne" de défense de l'hôte contre une invasion virale. En réponse à ce mécanisme de défense, de nombreux virus expriment divers facteurs (protéines, ARN ...) dont la fonction est de bloquer le processus apoptotique, en particulier en ciblant la mitochondrie, favorisant ainsi la réplication virale au sein de la cellule. Dans ce contexte, notre équipe a établi que la protéine X du Bornavirus possède de remarquables propriétés neuroprotectrices. Si le potentiel thérapeutique de cette protéine virale est maintenant démontré, les mécanismes moléculaires à l'origine de cet effet neuroprotecteur étaient à ce jour inconnus. Au cours de ma thèse, nous avons contribué à une meilleure compréhension de la biologie de cette protéine au sein de la cellule et en particulier dans les mitochondries. Nous avons déterminé ses séquences d'adressages intracellulaires ainsi que son impact sur la dynamique mitochondriale et sur certains paramètres de la bioénergétique mitochondriale tels que le potentiel de membrane mitochondrial, la respiration cellulaire et la production d'ATP (énergie de nos cellules). L'ensemble de ces connaissances devrait nous permettre d'améliorer sa capacité neuroprotectrice. === Bornavirus, a non-cytolytic RNA virus establishes a long-lasting persistence in the central nervous system of infected animals. Viral persistence is facilitated by the expression of the non-structural X protein, which is addressed both to nucleus and mitochondria, where it interferes both with cellular antiviral responses and the initiation of apoptosis. Our team recently reported that the singled-out expression of the X protein could protect neurons against toxins of the mitochondrial respiratory chain, both in vitro and in a mouse model of Parkinson's disease (PD). During my Ph.D., we further demonstrated that the X protein triggered enhanced filamentation of the mitochondrial network, in physiological as well as in oxidative stress conditions. This effect is particularly interesting when considering the importance of mitochondrial dynamics in the pathophysiology of neurodegenerative diseases. Even if the therapeutic potential of this viral protein is now well established, the underlying molecular and cellular mechanisms are far from being elucidated. It is however clear that neuroprotection conferred by the X protein is strictly dependent on its mitochondrial localization. In this context, the goal of my Ph.D. project was to clarify the molecular mechanisms whereby the X protein is targeted to mitochondria and/or to the nucleus, in link with its protective capabilities. We focused on the amino terminal residues of X, by performing fusion proteins of various forms of these residues with GFP and by analyzing their cellular localization. We demonstrated that this region contains overlapping and interdependent signals for nuclear localization, nuclear export and mitochondrial targeting of the X protein. We also identified a point mutation or deletion leading to an almost exclusively mitochondrial localization of the X protein. As a consequence, these X mutants exhibited a better neuroprotective function. In order to get further insight into X-mediated neuroprotection, we also searched for the cellular partners of X in mitochondria. We revealed a direct and specific interaction of the X protein with the chaperone Hspa9, a protein that was recently shown to be involved in neurodegenerative diseases, notably in PD's patients. We observed that the down-regulation of Hspa9 triggered by mitochondrial toxins was attenuated by the coexpression of X, suggesting a functional link between these two proteins. We also demonstrated that Hspa9 overexpression could protect neurons from mitochondrial dysfunctions, similarly to the X protein. Altogether, these results have contributed to a better understanding of the mechanisms underlying the neuroprotective potential of the X protein, which may favor the development of novel therapeutic strategies.