Dans une étude récente publiée dans Psychiatrie Moléculaireles chercheurs ont exploré les effets d’un petit variant du peptide de type humanine 2 (SHLP2) sur la fonction mitochondriale.
Arrière-plan
Les mitochondries sont impliquées dans la pathogenèse de la maladie de Parkinson (MP). Les peptides dérivés des mitochondries (MDP) sont des microprotéines codées à partir de petits cadres de lecture ouverts (sORF) dans l’ADN mitochondrial (ADNmt). SHLP2 est un MDP jouant un rôle essentiel dans plusieurs processus cellulaires. Il améliore le métabolisme mitochondrial en augmentant la biogenèse et la respiration et en réduisant l’oxydation.
Des études récentes associent les polymorphismes mitochondriaux mononucléotidiques (mtSNP) dans les régions codantes des MDP à des déficits liés à l’âge. Par exemple, m.2706 A > G, un mtSNP dans l’humanine, prédit une réduction des taux circulants d’humanine et un déclin cognitif plus grave. De plus, un autre mtSNP, m.2158 T > C, est associé à un risque réduit de MP, bien que les mécanismes sous-jacents soient inconnus.
L’étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré les effets de la forme allélique m.2158 T > C de SHLP2, qui remplace la lysine par l’arginine en quatrième position (K4R), sur la fonction mitochondriale. Les données ont été obtenues à partir de l’étude sur la santé et la retraite (HRS) auprès d’Américains âgés de plus de 50 ans. L’analyse actuelle était limitée aux participants blancs/caucasiens.
En outre, l’étude comprenait des données sur 2 772 participants de la Cardiovascular Health Study (CHS) et 3 621 participants de la Framingham Heart Study (FHS). Dans HRS, FHS et CHS, une régression linéaire multivariée a été utilisée pour examiner les associations entre SHLP2 et le cholestérol total (TC), le cholestérol-lipoprotéines de haute densité (C-HDL) et le cholestérol-lipoprotéines de basse densité (C-LDL).
m.2158 T > C était associé à une augmentation du TC et du LDL-C mais pas du HDL-C. Les chercheurs ont utilisé un analyseur d’effet de variation des protéines (PROVEAN) pour prédire l’impact de la substitution K4R. Le score PROVEAN pour K4R était de -3, inférieur au score seuil prévu (-2,5). Ainsi, la substitution K4R était susceptible d’induire un changement fonctionnel.
Ensuite, l’équipe a comparé les structures prédites de SHLP2 avec K4R à l’aide de PEP-FOLD3, un algorithme de modélisation de novo. La structure tridimensionnelle prévue du SHLP2 de type sauvage (WT) a révélé une structure en forme de boucle avec une hélice alpha au milieu. Cependant, la substitution K4R a considérablement modifié la structure, formant en outre une feuille bêta.
Il était prévu que SHLP2 soit une protéine intégrée à la membrane mitochondriale. Les cellules HEK293 transfectées avec des plasmides portant WT SHLP2 ou K4R SHLP2 présentaient des taux d’ARNm similaires, mais présentaient des taux de protéines du variant K4R plus élevés que ceux de WT SHLP2. De plus, des expériences de poursuite d’impulsions ont révélé une stabilité plus élevée de K4R SHLP2 que de WT SHLP2.
Ensuite, les chercheurs ont effectué un marquage de proximité à l’ascorbate peroxydase 2 (APEX2). Notamment, SHLP2 marqué par APEX2 a montré une localisation mitochondriale, confirmant la prédiction. En outre, l’équipe a examiné la biotinylation de l’une des protéines de la membrane mitochondriale interne (IMM) et externe (OMM) dans les cellules HEK293 exprimant la protéine de fusion SHLP2-APEX2 traitées avec du peroxyde d’hydrogène et du biotine-phénol.
NADH : sous-unité centrale S1 de l’ubiquinone oxydoréductase (NDUFS1), la protéine IMM testée, a été biotinylée dans les cellules traitées avec la protéine de fusion mais pas dans celles traitées avec le contrôle. En revanche, TOM20, la protéine OMM, n’a pas été biotinylée dans les cellules traitées avec la protéine de fusion ou le contrôle. Cela suggère que SHLP2 a été localisé sur le module IMM. Ensuite, l’analyse de signification de l’interactome (SAINT) express a été appliquée à l’ensemble de données SHLP2-APEX2, identifiant 597 protéines.
L’analyse d’enrichissement a révélé que les protéines étaient enrichies dans le cycle de l’acide tricarboxylique (TCA) et le complexe mitochondrial 1. D’autres expériences ont indiqué que SHLP2 était directement lié au module de pompage de protons du complexe mitochondrial 1. Ensuite, le rôle protecteur de SHLP2 contre le dysfonctionnement mitochondrial était examiné à l’aide de fibroblastes embryonnaires de souris (MEF) hétérozygotes pour le facteur de transcription mitochondrial A (TFAM).
TFAM+/- Les MEF ont montré une réduction d’environ 50 % du nombre de copies d’ADNmt. L’administration de WT ou de K4R SHLP2 n’a pas modifié les niveaux de TFAM. Cependant, l’exposition au K4R SHLP2 a augmenté le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) niveaux dans ces cellules. De plus, le traitement K4R SHLP2 a réduit de manière significative le nombre de cellules présentant une hypertrophie des mitochondries. De plus, le traitement K4R des cellules neuronales SH-SY5Y a réduit le 1-méthyl-4-phénylpyridinium (MPP+)-mort cellulaire induite.
Enfin, les souris C57BL/6 ont été prétraitées avec WT ou K4R SHLP cinq jours avant la mort cellulaire induite par la N-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP). L’administration de K4R SHLP2 protégeait contre la perte d’expression de la tyrosine hydroxylase striatale chez les souris traitées au MPTP. En revanche, le traitement WT SHLP2 n’a pas fourni des niveaux de protection similaires. Néanmoins, l’administration de WT et de K4R SHLP2 a permis de sauver la perte de dopamine induite par le MPTP dans le striatum.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a montré que m.2158 T > C SNP introduit une substitution K4R dans SHLP2. En outre, l’équipe a découvert le rôle protecteur de cette variante dans in vitro et in vivo Modèles PD. Ils ont montré que SHLP2 était localisé dans l’IMM, spécifiquement dans le module de pompage de protons du complexe mitochondrial 1.
Les auteurs suggèrent le rôle protecteur de K4R SHLP2 via une augmentation du NAD+ niveaux, étant donné que le NAD inférieur+ des niveaux ont été signalés comme étant nocifs. Dans l’ensemble, l’étude a fourni un aperçu des conséquences fonctionnelles de m.2158 T > C sur SHLP2, suggérant que SHLP2 et ses variantes protègent contre la MP.
