Le trafic intracellulaire des protéines et la sécrétion de protéines dans l'environnement extracellulaire sont des processus séquentiels et étroitement régulés dans les cellules eucaryotes. Conventionnellement, les protéines qui sont à destination de la sécrétion abritent un peptide de signal N-terminal qui guide leur mouvement du réticulum endoplasmique (ER) et de Golgi Apparatus à l'extérieur de la cellule. Cependant, certaines protéines peuvent contourner ce système en utilisant des mécanismes non conventionnels, notamment la translocation directe à travers la membrane plasmique, la sécrétion médiée par le transporteur et l'exocytose médiée par les vésicules intracellulaires. Les protéines sécrétées non conventionnellement ont été impliquées dans l'inflammation, la neurodégénérescence et le cancer. Comprendre les mécanismes qui stimulent la sécrétion de protéines non conventionnels peuvent donc révéler de nouvelles cibles et approches thérapeutiques.
L'autophagie, traditionnellement connue pour ses composantes cytoplasmiques dégradantes et recyclées pour maintenir l'homéostasie cellulaire, est récemment devenue une nouvelle voie pour la sécrétion non conventionnelle de protéines sans leader. Dans une étude précédente publiée dans l'autophagie, des chercheurs de l'Université de Doshisha, au Japon, ont révélé que la protéine associée à Park7 / DJ-1-A est réputée pour sa fonction antioxydante et la protection mitochondriale utilise un mécanisme d'autophagie pour la sécrétion induite par le stress. Malgré cette percée, les événements moléculaires et les mécanismes de régulation régissant cette voie de sécrétion non conventionnelle sont restés largement indéfinis.
Pour combler ces lacunes, la même équipe de recherche a découvert des informations critiques sur le trafic intracellulaire et la libération extracellulaire de Park7. Leur dernier travail délimite comment cette protéine multifonctionnelle, exprimée dans divers tissus, est dirigée vers l'environnement extracellulaire en réponse au stress cellulaire. L'étude a été menée par l'assistant de recherche, le Dr Biplab Kumar Dash, le professeur Yasuomi Urano, et le professeur Noriko Noguchi de la Graduate School of Life and Medical Sciences de l'Université de Doshisha, mettant en évidence leur contribution continue à démêler les complexités de la sécrétion de protéines médiée par l'autophagie dans les contextes des maladies neurodégératives.
Donner un aperçu de leur travail pionnier, le Dr Dash explique, « Notre étude révèle un mécanisme de sécrétion de Park7 unique, qui repose sur les actions coordonnées de la macroautophagie et de l'autophagie médiée par chaperon (CMA). Sous le stress oxydatif induit par la 6-hydroxydopamine (6-OHDA), la macroautophagie facilite un flux autophagique robuste qui génère des autophagosomes et fournit un pool de lysosomes. Simultanément, CMA transloque sélectivement Park7 en un sous-ensemble spécialisé de ces lysosomes – une étape précoce critique du processus de sécrétion. Nous proposons que ces lysosomes enrichis en CMA fusionnent par la suite des autophagosomes pour former des «autolysosomes sécrétoires». Dans ce compartiment, Park7 échappe à la dégradation et est plutôt sécrétée. Bien que l'AMC fonctionne traditionnellement indépendamment des autophagosomes ou des autolysosomes, nos résultats mettent en évidence son intégration fonctionnelle avec la macroautophagie pendant le stress oxydatif. Cette interaction entre le ciblage des protéines basé sur CMA et la dynamique des vésicules médiée par la macroautophagie fournit un nouveau cadre mécaniste pour la sécrétion non conventionnelle de Park7.« Leurs résultats de recherche ont été publiés dans le volume 122, numéro 19 de la Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) le 6 mai 2025.
Les chercheurs ont constaté que le traitement au 6-OHDA dans les cellules de carcinome cervical humain induit une augmentation dose-dépendante de la sécrétion de PARK7. Notamment, cette augmentation n'a pas été affectée en bloquant la voie des protéines de trafic ER à Golgi conventionnelles et la voie de libération exosomale, confirmant ainsi que Park7 a été libéré via un mécanisme non conventionnel. De plus, le traitement au 6-OHDA a également conduit à une augmentation dose-dépendante du marqueur autophagosomal (LC3B) et à une diminution correspondante du substrat autophagique (SQSTM1), indiquant l'activation de l'autophagie.
Les chercheurs ont utilisé LC3 marqué par fluorescence pour suivre le processus d'autophagie et ont démontré que le traitement à 6-OHDA augmentait la formation d'autophagosomes et améliorait la fusion autophagosomique-lysosomes, augmentant finalement le flux autophagique. Notamment, le blocage du stade précoce de l'autophagie a considérablement réduit la formation LC3B-II induite par le 6-OHDA et la sécrétion de PARK7.
De plus, le traitement avec un agent antioxydant a annulé le stress oxydatif induit par le traitement 6-OHDA, réduisant ainsi l'induction de l'autophagie et la sécrétion de PARK7. Inversement, le traitement par la rapamycine, un inducteur de l'autophagie, une augmentation des niveaux de LC3B-II et une sécrétion accrue de Park7, indiquant que l'induction de l'autophagie était essentielle pour la sécrétion de PARK7. Notamment, l'inhibition d'autres voies de dégradation des protéines, comme le système d'ubiquitine – protéasome, n'a pas affecté la sécrétion de PARK7.
De plus en plus profondément, les chercheurs ont constaté que le blocage de la fusion autophagosome-lysosomes et de la dégradation autolysosomale (les étapes en aval de l'autophagie) a abrogé la sécrétion de Park7 induite par le 6-OHDA, ce qui suggère que l'activité lysosomale est cruciale pour la sécrétion de PARK7. D'autres expériences ont révélé qu'un complexe de récepteur de protéine de fixation soluble-n-éthylmaléimide dédié (SNARE), un groupe de protéines liées à la membrane qui médient la fusion vésicale dans les voies endocytaires et sécrétoires, a été nécessaire pour la sécrétion extracellulaire de Park7 induite par le 6-OHDA. Les chercheurs ont également identifié des motifs spécifiques de type Kferq dans Park7 qui ont été sélectivement reconnus par les chaperons, recrutant ainsi Park7 en lysosomes intacts, qui finalement fusionnés avec des autophagosomes pour former des « autolysosomes sécrétoires ».
Dans l'ensemble, ces résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes non conventionnels qui stimulent la sécrétion de protéines. L'étude ouvre des voies pour développer des thérapies ciblées qui peuvent réguler les niveaux de PARK7 dans la MP et les conditions connexes. De plus, Park7 et les protéines apparentées sont prometteuses en tant que biomarqueurs pour la détection précoce des maladies, permettant des interventions en temps opportun avant la progression des symptômes.
De plus, le Dr Dash conclut, « L'adaptation des cellules au stress tout en maintenant l'homéostasie m'a toujours intrigué pour explorer leurs connexions plus profondes dans des maladies comme les parkinson.
