Adaptations de la cellule rénale en réponse au Cadmium : rôles du CFTR, de la polyubiquitination sur la Lysine 63 et de l'autophagie : études in vivo et in vitro : applications en santé publique

Molecular and cellular adaptative mechanisms of renal cells against Cadmium : roles of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), of K63 polyubiquitination and of autophagy : in vivo and in vitro studies : public health applications

• Auteur / Autrice : Abderrahman Chargui
• Direction : Philippe Poujeol, Michèle Véronique El May
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice en cotutelle avec Université de Tunis El Manar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

Autophagocytose

Néphrotoxicologie

Cadmium

Résumé

De nombreux pays sont confrontés aux problèmes causés par la pollution de l'air et de l'eau par des métaux lourds toxiques. Parmi ces polluants, le cadmium (Cd) est un des plus dangereux car il produit des effets toxiques et cancérogènes, à des doses extrêmement faibles. Chez l'Homme, il pénètre par inhalation/ingestion et se concentre principalement dans le rein où il induit une insuffisance rénale mimant le syndrome de Fanconi. A fortes concentrations, il est clairement établi que le Cd induit la production de radicaux libres oxygénés ainsi que l'apoptose ou la nécrose, cependant les mécanismes mis-en-jeu restent méconnus. Dans ce travail mené à la fois, in vivo et in vitro, mes objectifs ont été d'identifier les cibles moléculaires du Cd ainsi que les stratégies de défense adoptées par les cellules de tubules contournés proximaux (TCP) pour survivre à un tel stress, en utilisant différentes approches cellulaires, moléculaires et biochimiques. Notre première étude réalisée sur des rats intoxiqués avec une faible dose du Cd (0. 3 mg/Kg de poids corporel) nous a permis de mettre en évidence l'accumulation irréversible du Cd dans les lysosomes avec pour conséquences, la formation des corps d'inclusion protéiques spécifiquement au niveau des cellules de TCP suivie de l'engagement de ces dernières dans les processus prolifératif et autophagique mais non apoptotique, contrairement à la littérature. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé l'accumulation des agrégats protéiques et des vésicules autophagiques comme biomarqueurs précoces d'intoxication à des doses de Cd relevante de l'environnement. Par la suite, grâce à des modèles cellulaires de TCP, nous avons montré que le Cd (i) active via les MAPK le canal CFTR, qui contrôle le niveau des ROS par l'efflux des glutathion et entraîne une diminution du volume cellulaire, (ii) induit indépendamment d'un stress oxydatif l'accumulation massive des protéines poly-ubiquitinées sur la lysine 63, engageant un stress du réticulum et la mort des cellules. De façon intéressante, ces agrégats de protéines poly-ubiquitinées perturbent spécifiquement la dégradation autophagique ; un processus d'homéostasie cellulaire important dans la suppression tumorale. Parmi les cibles moléculaires, le Cd induit l'ubiquitination du facteur de transcription HIF-1α (hypoxiainducible factor 1) qu'il piége dans le cytosol. En conclusion, notre étude représente une étape importante dans la compréhension du mécanisme d'action des carcinogènes environnementaux : les capacités du Cd d'induire de façon massive une polyubiquitination sur K63 et ainsi de lever la fonction suppresseur de tumeur de l'autophagie pourrait en effet fournir le lien manquant entre l'exposition à ce métal lourd et les effets toxiques et carcinogènes observés.

Cadmium (Cd) is a heavy metal that produces toxic and carcinogenic effects. Following absorption, the kidney is the most sensitive organ and responds to Cd intoxication by renal failure. The aims of the present thesis were to identify the molecular targets of Cd and cellular defence mechanisms. Our first study on rats intoxicated with a low dose of Cd (0. 3 mg/kg) highlight in proximal convoluted tubule (PCT) cells the accumulation of Cd in lysosomes, the formation of protein inclusion bodies, followed by the activation of autophagy, a pathway involved in the removal of damaged proteins. We therefore proposed autophagy as a reliable early biomarker of intoxication. In vitro, we provide the first evidence that Cd (5 μM) induces (i) a CFTR Cl− conductance, which controls the level of reactive oxygen species by efflux the glutathione; (ii) the massive accumulation of K63 ubiquitinated proteins (conjugation of a chain of ubiquitins linked through lys63), which fosters cytosolic aggresome formation, endoplasmic reticulum stress and cell death. Among the targets, the Cd induces ubiquitination of hypoxia inducible factor 1α. Importantly, Cd not only activates K63 ubiquitination but also amplifies their accumulation by overloading the capacity of autophagy. In conclusion, our study represents an important step in the delineation of environmental carcinogen mechanisms: the abilities of Cd to activate the mitogenic K63 polyubiquitination and simultaneously inactivate the tumour suppressor function of autophagy could indeed provide the missing link between the exposure to this heavy metal and the observed toxic and carcinogenic effects.