La lipofuscinose céroïde neuronale est un groupe de troubles neurodégénératifs dévastateurs du stockage lysosomal qui commencent dans l’enfance. Des mutations du gène CLN3 conduisent à une NCL appelée maladie de Batten, caractérisée par la perte progressive de la vision, des mouvements et de la cognition. Des thérapies efficaces ciblées ne sont pas disponibles pour ces troubles car les rôles biologiques de la plupart des gènes responsables de ces troubles ne sont pas bien définis. Des chercheurs du Baylor College of Medicine et du Texas Children’s Hospital aux États-Unis, du Telethon Institute of Genetics and Medicine et de l’Université Federico II en Italie ont maintenant découvert que CLN3 est essentiel à la biogenèse des lysosomes et à la reformation lysosomale autophagique (ALR), découvrant un nouveau mécanisme de maladie dans la maladie de Batten.
Les lysosomes agissent comme des digesteurs et des compacteurs cellulaires en décomposant une large gamme de polymères et de débris cellulaires. La biogenèse lysosomale est un processus clé nécessaire à la de novo (« à partir de zéro ») de lysosomes, tandis que l’ALR est une étape terminale de l’autophagie, un processus de dégradation cellulaire induit par la famine ou d’autres conditions de stress. Les lysosomes sont consommés au cours des premières étapes de l’autophagie et pendant les périodes de famine prolongée, ils sont régénérés via l’ALR, un processus par lequel de nouveaux lysosomes fonctionnels sont formés à partir de lysosomes matures. Ici, l’équipe a découvert que CLN3 est essentiel pour la génération de nouveaux lysosomes, en altérant à la fois de novo la biogenèse lysosomale et les voies ALR, qui entraînent l’accumulation de lysosomes « âgés » incapables de fonctionner correctement.
L’étude, publiée dans Communication Natureétait dirigée par le Dr Andrea Ballabio, professeur au Baylor College et chercheur principal au Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI), et le Dr Alessia Calcagni, professeur adjoint au Baylor College.
Compte tenu de l’importance du renouvellement des lysosomes et de l’autophagie pour la survie et la fonction cellulaires, cette étude a des implications potentiellement importantes non seulement pour la maladie de Batten, mais pour de nombreuses autres affections causées par des défauts de trafic et de stockage lysosomal.
Dr Andrea Ballabio, professeur au Baylor College
CLN3 transite par le complexe de Golgi pour atteindre les lysosomes
L’absence d’un outil fiable pour étudier CLN3 avait été un obstacle pour les chercheurs étudiant la maladie de Batten et ainsi, l’équipe a d’abord généré un nouvel anticorps CLN3. À leur grande surprise, ils ont découvert que CLN3 n’était pas seulement présent dans les lysosomes comme on le pensait auparavant, mais que lors de sa première synthèse, il transite par le complexe de Golgi où il acquiert plusieurs modifications avant d’atteindre sa destination finale, les thélysosomes.
La perte de CLN3 entraîne une hypertrophie des lysosomes non fonctionnels
Ensuite, pour explorer le(s) rôle(s) biologique(s) de CLN3, ils ont effectué une analyse d’interactome pour identifier toutes les protéines qui se lient à CLN3. Ces expériences ont révélé que plusieurs de ses partenaires sont des protéines impliquées dans les voies de trafic intracellulaire et la formation de nouveaux lysosomes, suggérant qu’elle pourrait jouer un rôle important dans ces processus.
Une protéine de tri lysosomal, le récepteur du mannose-6-phosphate indépendant des cations (CI-M6PR) s’est avérée être l’un des interacteurs les plus enrichis de CLN3. La plupart des enzymes lysosomales acquièrent des résidus de mannose-6-phosphate comme « étiquette d’adresse » qui sont ensuite reconnus par des récepteurs spécifiques du mannose-6-phosphate (analogues à un « livreur ») pour être acheminés vers les bons compartiments endo-lysosomiques (« destination « ).
Fait intéressant, ils ont constaté que la perte de CLN3 entraîne un mauvais tri du CI-M6PR lui-même vers les lysosomes où il a été dégradé. Comme prévu, cela a perturbé la biogenèse lysosomale. Les nouveaux lysosomes ont montré une déplétion globale de plusieurs enzymes de dégradation. De plus, l’absence de CLN3 a entraîné une hypertrophie des lysosomes et l’agrégation de divers intermédiaires impliqués dans l’autophagie, caractéristique de l’altération de l’ALR et de la fonction lysosomale.
Les défauts de dégradation lysosomale causés par le mauvais tri de CI-M6PR dans les cellules appauvries en CLN3 ont aboli à la fois la consommation initiale de lysosomes et leur reformation pendant la famine, bloquant l’ALR et donc l’autophagie.
Le CI-M6PR est essentiel pour l’ALR médiée par CLN3
Lorsque les chercheurs ont surexprimé CLN3 dans des cellules dépourvues du gène CLN3, cela a entraîné une augmentation substantielle du nombre de lysosomes, en particulier lors d’une famine prolongée, une réduction de la taille des lysosomes, une augmentation des niveaux d’enzymes lysosomales et une promotion de la formation dépendante de l’autophagie de nouveaux lysosomes. À l’inverse, le silence de CI-M6PR a complètement aboli la tubulation médiée par CLN3 et la reformation des lysosomes.
« Nous espérons que savoir exactement comment CLN3 affecte la fonction lysosomale nous aidera, ainsi que d’autres, à identifier des thérapies efficaces pour la maladie de Batten à l’avenir », a déclaré le Dr Alessia Calcagni. « De plus, cette étude indique qu’une altération de l’ALR et une réduction globale de la capacité de dégradation des lysosomes pourraient être une cause sous-jacente possible pour d’autres NCL et qu’il sera important de tester à l’avenir. »
