Des scientifiques de l’Université du Colorado à Boulder, aux États-Unis, ont déchiffré les mécanismes moléculaires impliqués dans la pathogenèse de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Ils ont identifié le gène 10 exprimé paternellement (PEG10) comme un contributeur important à la pathogenèse de la maladie.
L’étude est publiée dans la revue eLife.
Étude : UBQLN2 retient le rétrotransposon domestiqué PEG10 pour maintenir la santé neuronale dans la SLA. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock
Sommaire
Arrière-plan
La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative potentiellement mortelle caractérisée par une perte progressive des fonctions des motoneurones, entraînant une altération des mouvements musculaires volontaires. La SLA sporadique et familiale représente respectivement 90 % et 10 % de tous les cas de SLA.
Dans la SLA familiale, des mutations dans une variété de gènes, y compris le facteur navette du protéasome Ubiquilin-2 (UBQLN2), ont été identifiées. Chez les animaux atteints de SLA familiale induite par UBQLN2, une forte abondance de rétrotransposon domestiqué PEG10 a été observée. Les rétrotransposons domestiqués sont une classe de gènes qui codent pour des protéines de type viral qui ne peuvent pas se répliquer et ont des fonctions adaptatives évoluées.
Le PEG10 est un rétrotransposon gag-pol domestiqué qui joue un rôle crucial dans le développement placentaire et la progression du cancer. Ce gène code pour les deux gag et politique domaines séparés par un site de décalage de cadre ribosomique programmé.
Dans la présente étude, les scientifiques ont étudié l’implication du PEG10 dans la pathogenèse de la SLA.
Rôle de UBQLN2
UBQLN2 est un facteur navette du protéasome fortement exprimé dans les tissus nerveux et musculaires. Dans la SLA familiale, une mutation dans la petite région de répétition PXX riche en proline d’UBQLN2 est fréquemment observée.
Pour étudier l’association entre UBQLN2 et PEG10, les scientifiques ont utilisé des cellules souches embryonnaires humaines dépourvues des gènes UBQLN1, UBQLN2 ou UBQLN4 et ont mesuré le niveau de PEG10. Les résultats ont révélé que seules les cellules souches dépourvues d’UBQLN2 présentaient une accumulation accrue de la forme gag-pol de PEG10, indiquant que le PEG10 est un substrat exclusif d’UBQLN2.
Dans les cellules exprimant des mutants UBQLN2, des niveaux significativement plus élevés de gag-pol PEG10 ont été détectés par rapport à ceux des cellules exprimant UBQLN2 de type sauvage. Cela indique que les mutations dans UBQLN2 sont associées à la perte de sa fonction de dégradation protéasomique. Une expérimentation plus poussée a révélé que la région polyproline C-terminale du PEG10 est nécessaire à sa dégradation par UBQLN2.
Auto-traitement de la protéine PEG10 gag-pol
PEG10 est connu pour subir le processus d’auto-clivage pour générer des fragments de protéines avec des fonctions distinctes. Dans cette étude, les scientifiques ont spécifiquement montré que l’auto-clivage du PEG10 au niveau de la région N-terminale conduit à la division de la région de la capside. De même, le clivage C-terminal a entraîné la génération d’un doigt de zinc contenant des fragments rappelant le rétrotransposon et les nucléocapsides rétrovirales. Ces clivages ont été médiés par le domaine de protéase aspartique rétrovirale de PEG10.
En suivant les fragments de protéines générés par auto-clivage par microscopie confocale, les scientifiques ont observé que seul le fragment de nucléocapside est localisé de manière unique dans le noyau. Le séquençage de l’ARN et le profilage des grappes de gènes exprimés de manière différentielle ont révélé que lors de la translocation nucléaire, le fragment de nucléocapside induit des modifications transcriptionnelles similaires à celles causées par la protéine gag-pol pleine longueur.
En procédant à une analyse des voies des gènes exprimés de manière différentielle, les scientifiques ont observé que le fragment de nucléocapside modifie fortement l’expression des gènes impliqués dans le guidage et l’extension des axones. Notamment, ils ont observé que le fragment de nucléocapside augmente significativement l’expression d’un gène de remodelage axonal DCLK1.
En analysant les profils d’expression génique d’une grande cohorte d’échantillons de moelle épinière de patients SLA post-mortem, ils ont observé une augmentation similaire des niveaux de transcrits DCLK1, soulignant l’implication de cette altération transcriptionnelle dans la pathogenèse de la SLA.
Le gène paternellement exprimé 10 (PEG10) est enrichi dans les cornes de la moelle épinière lombo-sacrée. (UN) Image en mosaïque de la section de la moelle épinière lombo-sacrée pleine épaisseur démontrant la coloration de la protéine associée aux microtubules 2 (MAP2), PEG10 et DAPI. L’image fusionnée montre les contours des cases pour un examen plus approfondi dans (B) et (C). Barre d’échelle 1 mm. (B) Image fusionnée de la corne postérieure de la moelle épinière montrant un enrichissement pour les signaux MAP2 et PEG10. Barre d’échelle 200 μm. (C) Image fusionnée de la corne antérieure de la moelle épinière montrant la colocalisation du signal MAP2 et PEG10 dans les corps cellulaires (flèches). Barre d’échelle 200 μm. (D–E) Quantification de (D) MAP2 et (E) Signal PEG10 dans les sections de la moelle épinière. L’intensité du signal de MAP2 et PEG10 a été déterminée par mm2 de section de moelle épinière pour une cohorte de témoins non neurologiques (NNC, n = 9) et de patients atteints de sclérose latérale amyotrophique (SLA) sporadique (sALS, n = 11). (F) L’intensité relative de PEG10 par MAP2 a été quantifiée pour chaque section, pour tenir compte de la perte potentielle de coloration neuronale due à la SLA. Aucune différence significative d’intensité ou de localisation n’a été observée dans l’état de la maladie. Pour (D–F) moyenne ± SEM est indiquée.
Abondance de PEG10 dans les tissus humains de la SLA
Les scientifiques ont mené une analyse protéomique globale en utilisant une approche de marquage de masse en tandem pour la spectrométrie de masse par chromatographie liquide afin d’évaluer l’abondance de PEG10 dans des échantillons de tissus de moelle épinière post-mortem isolés de patients SLA et de sujets témoins sans aucune maladie neurologique connue.
Ils ont observé des niveaux significativement élevés de PEG10 dans les échantillons ALS par rapport à ceux des échantillons témoins. L’abondance de PEG10 dans les échantillons de SLA était associée à une réduction de la neurogranine et du neurofilament, des biomarqueurs connus des maladies neurologiques.
Importance de l’étude
L’étude révèle que des mutations génétiques dans UBQLN2 sont responsables de l’abondance de PEG10 dans les tissus de la SLA. Le PEG10 subit un auto-clivage dépendant de la protéase pour générer un fragment de nucléocapside, qui se transloque vers la nucléase et modifie l’expression des gènes impliqués dans le remodelage des axones.
Dans l’ensemble, l’étude établit un lien entre la dérégulation du PEG10 et le développement de la SLA.
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