Étude de l'interactôme de l'ubiquitine ligase E3 MARCH1 par essais de proximité par liaison de biotine

Le métabolisme des cellules immunitaires est assujetti à un contrôle étroit. L’inflammation, la présentation antigénique et l’expansion clonale sont des évènements qui demandent un changement rapide dans le métabolisme des cellules. Notamment, la glutamine est grandement sollicitée lors de la maturation des cellules dendritiques, les macrophages et les lymphocytes B et T pour son rôle dans la synthèse des protéines et son implication dans la phosphorylation oxydative. Au repos, les cellules présentatrices d’antigènes (CPAs) expriment l’ubiquitine ligase E3 MARCH1. MARCH1 est une protéine membranaire qui régule la réponse immunitaire en ubiquitinant, entre autres, le complexe majeur d’histocompatibilité II (CMH II) et CD86. Lors de l’activation des cellules immunitaires, son expression est réprimée, ce qui permet l’accumulation du CMH II et de CD86 sur leur membrane. Nous pensons que MARCH1 régule négativement le métabolisme des cellules immunitaires. Parmi les protéines membranaires sous le contrôle de MARCH1 pourraient se trouver des transporteurs de glutamine. La baisse rapide de MARCH1 serait nécessaire pour permettre aux cellules de modifier leur métabolisme en augmentant le transport de la glutamine. Dans le mémoire présent, nous nous sommes intéressés à l’interactôme de MARCH1. Afin de découvrir de nouvelles cibles de MARCH1, nous avons utilisé la méthode du BioID dans des cellules HEK293T. Le BioID est une méthode innovatrice permettant l’identification d’interactions interprotéines. La protéine de fusion BioID2 permet la biotinylation et l’isolation des protéines adjacentes in vivo. Ces essais de proximité nous ont permis d’identifier 41 cibles potentielles de MARCH1. Nous avons analysé l’expression de 13 de ces protéines par cytométrie en flux. Nos résultats démontrent que MARCH1 induit la dégradation de NKCC1, CD147 et SNAT2. L’expression de MARCH1 dans les cellules HEK293T engendre une diminution de SNAT2 en surface. S’il avère que MARCH1 régule le métabolisme de la glutamine dans les cellules immunitaires, il s’agirait alors d’un nouveau mécanisme par lequel cette ubiquitine ligase E3 module la réponse immunitaire. SNAT2 est nécessaire dans l’adaptation des cellules pour leurs besoins en glutamine. Nous discuterons du rôle que joue cette protéine dans l’adaptation du métabolisme et la glutaminolyse. Immune cell metabolism is subjected to a tight control. Inflammation, antigen presentation and clonal expansion are all events that comes with a rapid change in metabolism. Glutamine is highly solicited during dendritic cells, macrophages and B and T lymphocytes maturation, due to its role in protein synthesis and oxidative phosphorylation. At steady-state, antigen presenting cells express the ubiquitin ligase E3 MARCH1. MARCH1 is a membrane protein involved in the immune response through major histocompatibility II and CD86 ubiquitination and degradation. During their activation, MARCH1 expression is repressed. This allows for accumulation of MHC II and CD86 on the cell surface, but other membrane-bound receptors and transporters are also increased during that time. Among those, proteins involved in glutamine transport are increased and thus help immune cells to adjust their intracellular nutrient pool for their new metabolic needs. We propose that MARCH1 negatively regulates immune cell metabolism through the regulation of nutrient transporters. The rapid stop in the transcription of MARCH1 induces an increase in receptors on the cytoplasmic membrane. Here, we aimed to identify the MARCH1 interactome. In order to identify new MARCH1 targets, we used the BioID proximity assays in HEK293T cells. BioID is an innovative method for the identification of protein interactions. BioID2 protein fusion can be used for in vivo biotinylation and isolation of promiscuous proteins. These proximity assays allowed us to identify 41 potential MARCH1 targets. We analyzed the expression of 13 of these proteins and found that 3 were affected by MARCH1 expression. Our results show that MARCH1 induces the degradation of NKCC1, CD147 and SNAT2. More specifically, MARCH1 expression in HEK293T induces the internalisation of the glutamine transporter SNAT2. If MARCH1 proves to regulate glutamine transport in immune cells, this would be a novel mechanism by which this ubiquitin ligase regulates adaptive immune system. Indeed, SNAT2 is required for the cellular adaption of amino acids during maturation, including glutamine. We will discuss the implications of MARCH1 as a metabolic switch and the role this would have in glutaminolysis and antigen presentation.

Keyphrases: MARCH1, MARCH1, E3 Ligase MARCH1, MHC II, Proximity ligation, SNAT2 SLC38A2