Projet ANR-11-JSV8-0006 – MYOSIGNAL : Caractérisation du rôle de la balance phosphorylation/ O-GlcNAcylation dans la régulation cellulaire de la synthèse protéique dans le muscle squelettique
Programme : JCJC - SVSE 8 - Biochime, biologie moléculaire et structurale (JCJC SVSE 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Caroline CIENIEWSKI-BERNARD (UNIVERSITE DE LILLE I [SCIENCES ET TECHNOLOGIES])
Partenaires : Unité de Recherche Pluridisciplinaire Sport Santé Société
Montant : 239998.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Vers une meilleure compréhension de la régulation de l’homéostasie protéique du muscle squelettique ?Implication d’une glycosylation dynamique et atypique, la O-GlcNAcylation, dans la régulation de la synthèse et de la dégradation protéiques. Implication potentielle dans le développement de l’atrophie du muscle squelettique.
Etude de la O-GlcNAcylation dans le maintien de l’équilibre protéique du muscle squelettique.L’atrophie du muscle squelettique est aujourd’hui un problème majeur de santé publique. Outre le fait qu’elle soit consécutive à de nombreuses pathologies acquises telles que le cancer, le SIDA ou le diabète de type 2, c’est également un syndrome rencontré lors du vieillissement, de l’inactivité physique, de l’immobilisation, ou encore de lésion de la moelle épinière. L’atrophie correspond à une fonte musculaire, caractérisée par une diminution de la synthèse et/ou une augmentation de la dégradation des protéines du muscle squelettique. Cette atrophie est associée à une perte de force et une augmentation de la fatigabilité musculaires, diminuant rapidement l’autonomie et la qualité de vie des patients ou des populations gériatriques. La compréhension des mécanismes impliqués dans le développement de l’atrophie devrait donc permettre  de concevoir des traitements permettant de contrecarrer ou de limiter le processus d’atrophie musculaire. Parmi les voies de signalisation intracellulaires dérégulées au cours de l’atrophie musculaire, la voie PI3K/Akt/mTOR (connue comme étant modulée par des processus de phosphorylation/déphosphorylation),  est en grande partie impliquée dans la perte de masse musculaire. Cependant, de récents travaux ont montré que certains des facteurs impliqués dans la voie PI3K/Akt/mTOR était modifié par une glycosylation particulière, la O-GlcNAcylation. L’implication de cette glycosylation n’a jamais été prise en considération dans le cas de l’atrophie musculaire. Notre objectif est de caractériser la dynamique entre la phosphorylation et la O-GlcNAcylation dans la voie PI3K/Akt/mTOR, et par conséquent l’implication de cette dynamique dans l’homéostasie protéique.
Evaluation de l’impact de la O-GlcNAcylation sur l’homéostasie protéique de cellules musculaires squelettiques.Afin de caractériser la dynamique entre la phosphorylation et la O-GlcNAcylation, nous avons choisi un modèle de culture cellulaire (lignée de cellules musculaires C2C12) qui seront traitées par le facteur de croissance IGF-1 afin de stimuler la voie de synthèse protéique. Pour mieux appréhender le rôle de la O-GlcNAcylation dans la modulation de la voie de signalisation intracellulaire de l’IGF-1, nous modulerons les taux de O-GlcNAcylation (soit augmentation, soit diminution) afin d’en déterminer les impacts sur la voie de l’IGF-1 et donc sur la synthèse et/ou dégradation protéiques résultantes. Outre une meilleure compréhension du rôle de la O-GlcNAcylation au niveau de la synthèse et de la dégradation protéiques dans les cellules musculaires squelettiques, nous envisageons de développer une technique de haut-débit pour la caractérisation de l’activité de certaines protéines clés modulant l’homéostasie protéique. Le développement de cette nouvelle stratégie expérimentale nous permettra de mesurer simultanément, quantitativement et à haut débit, les activités des acteurs principaux de voies de signalisation intracellulaire régulant la synthèse protéique. Cette nouvelle approche technique nous permettra d’analyser précisément la balance phosphorylation/O-GlcNAcylation au niveau des principaux protagonistes de l’homéostasie protéique dans un modèle animal d’atrophie fonctionnelle du muscle squelettique.
Résumé de la soumission : Le système musculaire squelettique présente une plasticité remarquable en réponse à des processus physiologiques (inactivité ou vieillissement) ou physiopathologiques (maladies neuromusculaires) conduisant à une atrophie des muscles. L’atrophie musculaire se définie comme une diminution drastique de la masse du muscle squelettique, résultant d’un déséquilibre entre la synthèse et la dégradation protéiques. Outre cette perte de masse, l’atrophie musculaire conduit à de nombreux désordres fonctionnels, tels que la perte de force ou l’augmentation de la fatigabilité musculaires. Ces différents phénomènes conduisent in fine à la détérioration de la fonction motrice et une diminution importante de la performance musculaire. L’atrophie musculaire est également consécutive à d’autres maladies dont la prévalence reste très élevée en France, telles que le cancer, le diabète (notamment de type 2) ou encore le SIDA. Les conséquences physiques de l’atrophie musculaire conduisent à terme à une diminution de la qualité de vie des patients et de la population gériatrique, augmentant ainsi la morbidité et diminuant l’espérance de vie.Comme cela a été décrit dans certains cas de pathologies non héréditaires et acquises, une dérégulation des processus intracellulaires est fortement impliquée dans l’atrophie du muscle squelettique. Parmi les voies de signalisation intracellulaires qui seraient ainsi dérégulées, la voie PI3K/Akt/mTOR (Phosphatidyl-inositol-3-kinase/Akt/mammalian Target of Rapamycin), activée par le facteur de croissance IGF-1 (Insulin-like Growth Factor 1), est en grande partie impliquée dans le développement de l’atrophie musculaire.  Les signaux extracellulaires sont transduits par une myriade de voies de signalisation intracellulaires, permettant à une cellule, un tissu ou un organe, de répondre précisément à son environnement. Ce système est basé sur la modification chimique des protéines messagères, c’est-à-dire la modification d’acides aminés hydroxylés par la fixation covalente d’un groupement phosphoryl. Depuis la découverte de la phosphorylation des protéines par E.Krebs et E.Fischer dans les années 1950s, les protéines kinases sont admises comme étant les protéines majeures de la signalisation cellulaire. Pourtant, la phosphorylation n’est pas la seule modification post-traductionnelle impliquée dans la modulation des voies de signalisation intracellulaires; en effet, une glycosylation atypique, la O-N-acétyl-glucosaminylation (plus communément appelée O-GlcNAcylation), a été décrite comme modulant presque tous les aspects des processus cellulaires, et plus particulièrement les voies de signalisation intracellulaires. En effet, de nombreuses protéines de ces voies sont connues comme étant O-GlcNAcylées.Actuellement, de nombreux programmes de recherche portent sur l’étude des voies de signalisation intracellulaires impliquées dans l’atrophie du muscle squelettique. Cependant l’implication de la O-GlcNAcylation dans de tels processus manque dramatiquement. En accord avec certains de nos précédents travaux, la O-GlcNAcylation semble être un mécanisme clé dans le développement de l’atrophie musculaire. Par conséquent, le but de notre projet est de caractériser la dynamique entre la phosphorylation et la O-GlcNAcylation dans la régulation cellulaire de la synthèse/dégradation protéiques. Les données obtenues permettront de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le développement de l’atrophie musculaire. A plus long terme, ces nouvelles connaissances permettront le développement et  l’évaluation de nouveaux traitements contre l’atrophie du muscle squelettique.
Résultats : Notre projet MYOSIGNAL a été initié le 1er janvier 2012. A ce jour, nos résultats préliminaires nous ont permis de définir les stratégies optimales de traitement des cellules musculaires en culture, mais nous ne pouvons encore rendre public les résultats obtenus.
Perspectives : Le projet que nous proposons de développer avec l’aide de l’ANR s’insère totalement dans les nouvelles stratégies de recherche nationales et internationales visant à mieux comprendre les mécanismes de dérégulation des processus intracellulaires, notamment ceux participant au développement de l’atrophie musculaire. Ces nouvelles stratégies de recherche permettront à plus long terme de caractériser de nouvelles cibles thérapeutiques, et d’établir des contre-mesures efficaces permettant de limiter ou de contrecarrer l’atrophie du muscle squelettique. Outre les retombées économiques (notamment par la diminution de la prise en charge médicale et paramédicale des patients), les données acquises auront des retombées scientifiques grâce à la stratégie expérimentale que nous proposons de développer. Cette stratégie pourrait en effet être appliquée à l’évaluation de processus cellulaires lors du screening d’agents pharmacologiques.
Publications et brevets : Notre projet MYOSIGNAL n’ayant été initié qu’au 1er janvier 2012, nous ne pouvons intégrer à ce résumé public du projet la production scientifique et brevets qui en découlent.