De nouvelles recherches révèlent comment une polyamine naturelle, la spermidine, modifie RIPK1 pour bloquer l'inflammation et les dommages métaboliques, ouvrant ainsi la porte à des traitements innovants contre le diabète.
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Dans une étude récente publiée dans la revue Biologie cellulaire naturelledes chercheurs ont étudié comment la modification post-traductionnelle médiée par la N-acétyltransférase (NAT), l'acétylhypusination, régule la sensibilité à l'insuline et la nécroptose.
Le diabète de type 2 (DT2) est un problème de santé mondial important, avec plus de 537 millions d'adultes touchés. Les approches actuelles de prise en charge du DT2 se concentrent principalement sur la régulation de l’hyperglycémie, qui serait impliquée dans les lésions progressives des tissus/organes observées aux stades terminaux du DT2. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents à l’apparition et à la progression du DT2 sont mal compris.
Il a été rapporté que le gène codant pour le NAT2 humain (hNAT2), un orthologue du Nat1 murin (mNAT1), joue un rôle médiateur dans la sensibilité à l'insuline. hNAT2 et mNAT1 servent d'arylamine N-acétyltransférases dans le métabolisme xénobiotique de molécules exogènes, comme les amines aliphatiques et certains médicaments. Des études récentes indiquent que NAT2 acétyle les amines aliphatiques endogènes, telles que la spermidine et la putrescine.
La spermidine est une polyamine naturelle présente dans les cellules dont l'acétylhypusination post-traductionnelle régule des protéines clés telles que la sérine/thréonine-protéine kinase 1 (RIPK1) interagissant avec les récepteurs. Des réductions des taux de spermidine liées au vieillissement ont été rapportées chez l'homme et la souris, et il a été suggéré que sa supplémentation ralentissait le vieillissement et favorisait la santé. La spermidine est impliquée dans l'hypusination, une modification post-traductionnelle. Le facteur d'initiation de la traduction eucaryote 5A (eIF5A) est le seul substrat connu pour être modifié par hypusination.
L'étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré comment hNAT2 et mNAT1 régulent la sensibilité à l’insuline et la nécroptose. Premièrement, ils ont quantifié la spermine, la putrescine et la spermidine et leurs formes acétylées dans les fibroblastes embryonnaires de souris (MEF) Nat1 knock-out (KO) et de type sauvage (WT). Les niveaux de spermidine endogène dans les MEF WT étaient d’environ 600 µM mais étaient significativement inférieurs dans les MEF Nat1 KO.
De plus, les MEF Nat1 KO présentaient des niveaux de formes acétylées inférieurs à ceux des MEF WT et présentaient une sensibilité plus élevée à la nécroptose et à l'apoptose (RDA) dépendante de la sérine/thréonine-protéine kinase 1 (RIPK1) interagissant avec les récepteurs. Cependant, le traitement à la spermidine a entraîné une réduction dose-dépendante de l'activation de RIPK1 dans les MEF WT et Nat1 KO.
En revanche, le traitement à la putrescine n’a pas affecté la nécroptose ou la RDA. Ensuite, l’équipe a synthétisé une sonde alcyne-spermidine et a traité les MEF WT et la désoxyhypusine synthase (Dhps) KO MEF avec cette sonde. Grâce à la chimie du clic, l’équipe a identifié 1 895 protéines modifiées par la spermidine, dont RIPK1 et eIF5A, et a validé ces modifications par spectrométrie de masse.
De plus, les protéines hypusinées marquées à la biotine ont été extraites à l'aide de sondes streptavidine et les peptides digérés par la trypsine ont été quantifiés. Notamment, RIPK1 a montré un enrichissement plus élevé que eIF5A, suggérant un nouveau rôle de l'acétylhypusination dans la modulation de l'activité de RIPK1.
Ensuite, l’équipe a utilisé la spectrométrie de masse pour étudier les sites potentiels d’hypusination dans RIPK1 dans les MEF Nat1 KO et WT. Cela a permis d'identifier un site d'acétylhypusination (K140), ac-hyp-K140, dans le domaine kinase et des sites d'hypusination dans les domaines kinase (K226) et intermédiaire (K550). Les chercheurs se sont concentrés sur le site K140, étant donné que l’ac-hyp-K140 était réduit de neuf fois dans les MEF Nat1 KO par rapport aux MEF WT.
En outre, des souris conditionnelles prêtes au KO ont été générées pour déterminer si les réductions de spermidine contribuent à la résistance à l'insuline chez les souris déficientes en Nat1. Les chercheurs ont observé des niveaux plus faibles d'ac-hyp-K140 dans RIPK1 dans le pancréas de souris présentant une délétion Nat1 induite par le tamoxifène ; Les niveaux de spermidine dans leur pancréas étaient également réduits par rapport aux souris WT.
En outre, une hypertrophie adipocytaire (associée à la résistance à l’insuline et à l’obésité) a été observée après la délétion de Nat1. Cependant, cela n'a pas été observé chez les souris avec RIPK1 génétiquement inactivé, soulignant le rôle de RIPK1 dans la médiation de ces défauts métaboliques. Ensuite, les chercheurs ont étudié la pathologie vasculaire induite par la perte de Nat1 spécifique à l'endothélium.
La perte endothéliale de Nat1 chez la souris a compromis l’intégrité vasculaire sanguine du pancréas. Les pancréas présentaient également une inflammation robuste. Il est intéressant de noter que ces effets ont été supprimés par l’inactivation de RIPK1, ce qui suggère son rôle central dans la médiation des lésions vasculaires. De plus, l’équipe a observé une fuite vasculaire rénale chez des souris présentant une délétion Nat1 ; de même, cette fuite vasculaire a été supprimée par l'inactivation de RIPK1.
Enfin, l’équipe a estimé les niveaux de polyamines dans des échantillons de tissus vasculaires provenant de patients atteints et non de DT2. Les niveaux de spermidine étaient significativement réduits dans les tissus vasculaires des patients atteints de DT2 par rapport à ceux sans DT2. De plus, les patients atteints de néphropathie diabétique ont montré une activation de RIPK1 dans des échantillons de biopsie rénale ; cependant, l'activation de RIPK1 n'a pas été observée chez les patients atteints de néphropathie non diabétique.
Conclusions
Pris ensemble, les résultats suggèrent un rôle fonctionnel de l'inflammation et de l'apoptose médiées par RIPK1 dans la pathologie vasculaire pour favoriser les lésions des tissus diabétiques à un stade avancé. Les fuites microvasculaires peuvent favoriser une inflammation dépendante de RIPK1, qui, à son tour, induit une résistance à l'insuline et l'obésité. Comme l’activation de RIPK1 induit plusieurs cytokines pro-inflammatoires, son inhibition pourrait constituer une stratégie thérapeutique prometteuse pour atténuer les complications métaboliques et vasculaires du DT2.
