Le stress cellulaire, ou stress oxydatif, se produit lorsqu’il y a une accumulation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), qui interfère avec les mécanismes cellulaires et peut même endommager les protéines, les lipides et l’ADN. En raison de leur nature destructrice, toutes les cellules disposent de mécanismes robustes pour éliminer les ROS et réduire le stress oxydatif. L’un de ces mécanismes est la réponse au stress induite par le facteur 2 lié au facteur nucléaire érythroïde 2 (NRF2), où NRF2 est un facteur de transcription maître qui aide à réduire le stress oxydatif.
On sait beaucoup sur l’activation redox-dépendante de NRF2 et son rôle ultérieur dans la réponse au stress. Dans cette voie, la protéine 1 associée à l’ECH de type Kelch (KEAP1) détecte le stress oxydatif dans la cellule par l’oxydation de ses résidus de cystéine spécifiques. Cette oxydation provoque des changements conformationnels dans KEAP1, qui, à son tour, perd la capacité de supprimer NRF2. En conséquence, NRF2 est stabilisé et induit une série de gènes codant pour des protéines anti-oxydantes qui réduisent et éliminent le stress oxydatif causé par les ROS.
NRF2 peut également être activé de manière redox-indépendante. Cette activation implique la protéine p62, qui subit une séparation de phase liquide-liquide pour former des corps p62 lorsqu’elle se lie à des protéines ubiquitinées lors d’une protéostase défectueuse. Cependant, le mécanisme précis de la régulation de NRF2 par les corps p62 était jusqu’à présent resté largement inconnu.
Maintenant, des chercheurs au Japon ont découvert comment les corps p62 contrôlent l’activation de NRF2 indépendante de l’oxydo-réduction. Ils ont mené une étude qui a été conçue par le professeur Masaaki Komatsu et le professeur agrégé Yoshinobu Ichimura de la faculté de médecine de l’université de Juntendo et le Dr Nobuo N. Noda de l’université d’Hokkaido. « Nous avons rapporté dans une étude précédente que la phosphorylation de p62 inhibe la liaison de KEAP1 à NRF2 de manière compétitive, désactivant ainsi la fonction répressive NRF2 de KEAP1. Cependant, le mécanisme de régulation et les fonctions physiologiques in vivo restent largement floues. Ceci est important car l’accumulation de p62 phosphorylée s’est avérée causer de nombreuses maladies incurables », explique le professeur Komatsu lorsqu’on l’interroge sur la motivation de l’équipe pour poursuivre la recherche. Leurs conclusions devraient toutes être publiées dans Le journal EMBO.
À l’aide de techniques avancées telles que la microscopie à force atomique à grande vitesse, la récupération de la fluorescence après photoblanchiment et la perte de fluorescence lors du photoblanchiment, l’équipe a mené des expériences qui comprenaient celles effectuées en dehors d’un organisme vivant. (in vitro) et ceux utilisant des cellules et des souris (in vivo) pour profiler en profondeur les interactions protéine-protéine, la localisation cellulaire de composants spécifiques et les effets de la phosphorylation de p62 induite par LLPS, lors de l’activation de NRF2 redox-indépendante.
Résumant les principaux résultats de leur étude, le Dr Ichimura explique, « Nous avons découvert que ULK1, une protéine kinase, se transloque en p62 corps, puis phosphoryle p62 dans les corps. Les corps p62 phosphorylés résultants retiennent KEAP1 en leur sein, ce qui entraîne l’activation de NRF2. »
KEAP1 entre et sort généralement des corps p62 ; cependant, p62 phosphorylé se lie étroitement à KEAP1, ce qui entraîne la rétention et la séquestration de KEAP1 dans le corps de p62. Cela conduit à l’activation d’encore plus de NRF2. Les corps p62 sont dégradés par l’autophagie, ce qui peut contribuer à l’arrêt de cette voie. L’étude actuelle étend la portée de la réponse au stress antioxydant et fournit de nouvelles informations sur le rôle de la séparation des phases dans le processus.
L’importance de cette activation redox-indépendante de NRF2 a été testée à l’aide de p62 modèles de souris knock-in où l’hyperactivation de NRF2 par une phosphorylation étendue a entraîné une hyperkératose ; un défaut de croissance provoquant l’épaississement de la couche externe de l’estomac et de la muqueuse de l’œsophage, qui à son tour a provoqué un retard de croissance dû à la malnutrition.
Le professeur Komatsu est convaincu que son équipe a jeté les bases de travaux futurs visant à approfondir le mécanisme et la régulation des réponses au stress redox-indépendantes. Il conclut, « Qu’elle soit redox-dépendante ou indépendante, l’activation de NRF2 est un système de défense biologique important. La compréhension de ses mécanismes de régulation est cruciale car son activation persistante conduit à des réponses de défense démesurées, comme une kératinisation excessive. Notre étude est la première validation scientifique de la signification physiologique pour l’activation redox-indépendante de NRF2. Dans le cas de réponses de stress redox-indépendantes, l’activation de NRF2 est très probablement régulé par la phosphorylation, la déphosphorylation et la dégradation autophagique des corps p62. On a constaté que les corps p62 s’accumulent dans les cellules affectées chez les patients atteints de troubles hépatiques, de maladies neurodégénératives et de cancers. Ainsi, des recherches comme la nôtre seront utiles pour élucider la pathogenèse et développer des thérapies améliorées pour p62-, NRF2-, et maladies liées à l’autophagie. »
