Étude du rôle pathogénique de la protéine ORF1p du rétrotransposon LINE-1 ciblant l'enveloppe nucléaire

Study of the pathogenic role of the LINE-1 retrotransposon protein ORF1p targeting the nuclear envelope

• Auteur / Autrice : Rania Znaidi
• Direction : Rajiv Joshi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 11/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Brouillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Lesage, Julia Fuchs, Valérie Doye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Curmi, Maria Costa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Étiologie

Maladies neurodégénératives

Enveloppe nucléaire

Rétrotransposons

Protéine LGI1

Mots clés libres

Rétrotransposons

LINE-1

Neurodégénérescence

Complexe de pores nucléaires

Enveloppe nucléaire

ORF1p

Retrotransposons

LINE-1

Neurodegeneration

Nuclear pore complex

Nuclear envelope

ORF1p

Résumé

Les éléments transposables (ET) ont émergé récemment comme un des moteurs du vieillissement cellulaire et de la neurodégénérescence. En effet, ils sont apparus comme des nouveaux acteurs causaux dans la pathogenèse des maladies neurodégénératives (MN). Cependant, les mécanismes par lesquels les ET contribuent à la pathogenèse des MN restent encore mal connus. Parmi les ET, l’un des rétrotransposons les plus actifs est le LINE-1 (Long Interspersed Nuclear Element-1), qui code pour deux protéines ORF1p et ORF2p. L’action pathogénique de ORF2p est due à ses activités d'endonucléase et de transcriptase inverse qui peuvent être sources de dommages à l'ADN, et d’accumulation d'ADN cytosolique pouvant induire une inflammation. Néanmoins, aucune fonction pathogénique de ORF1p n'a encore été décrite en dehors de sa fonction de protéine de liaison à l'ARN. Dans cette étude, nous avons développé un modèle neuronal humain en culture, de stress oxydatif aigu présentant une augmentation de l'expression des LINE-1 afin d’explorer les conséquences délétères de leur activation et les mécanismes par lesquels les LINE-1 agissent. Nos résultats ont montré qu’en conditions de stress, ORF1p transloque dans le noyau, se localise au niveau de l'enveloppe nucléaire et se lie directement aux composants de la membrane nucléaire notamment des protéines de la lamina nucléaire (Lamin B1), aux composants du complexe de pores nucléaire (NUP153) et aux protéines impliquées dans l’import nucléaire (KPNB1). Le ciblage des composants de l'enveloppe nucléaire par ORF1p en conditions de stress conduit à l’altération de l'enveloppe nucléaire, la perturbation du transport nucléo-cytoplasmique et la déstructuration de l'hétérochromatine. Tous ces effets délétères font partie des caractéristiques communes des MN et pourraient conduire à la neurodégénérescence. Le traitement avec une drogue la « Remodelin » a permis de restaurer non seulement l’intégrité de la membrane nucléaire, la structuration de l'hétérochromatine, mais aussi les niveaux toxiques de ORF1p dans le noyau. Cette étude a révélé un nouveau rôle pathogénique de ORF1p agissant sur les composants de la membrane nucléaire et ceux du complexe de pores nucléaires. Ce mécanisme pathogénique pourrait être commun à plusieurs MN. Ceci renforce l'idée que les LINE-1 pourraient représenter une nouvelle cible thérapeutique pour la neuroprotection.

The activation of transposable elements (TEs) has recently emerged as one of the drivers of cellular aging and neurodegeneration. Indeed, they have appeared as new causal actors in the pathogenesis of neurodegenerative diseases. However, the mechanisms through TEs could contribute to the pathogenesis of these diseases remains poorly understood. Among TEs, one of the most active retrotransposons is LINE-1 (Long Interspersed Nuclear Element-1), which encodes two proteins, ORF1p and ORF2p. The pathogenic action of ORF2p is associated with its endonuclease and reverse transcriptase activities which can be sources of DNA damage, along with the accumulation of cytosolic DNA inducing innate immune activation and inflammation. However, no pathogenic function of ORF1p has been described apart from its RNA-binding protein function. In this study, we developed a human neuronal model in culture of acute oxidative stress, displaying an increase in LINE-1 retrotransposons expression, to exmine the deleterious consequences of their activation and the mechanisms through which LINE-1 could act. Our results showed that under stress conditions, ORF1p translocates into the nucleus, localizes at the nuclear envelope, and directly binds to components of the nuclear membrane, including proteins such as nuclear lamina (Lamin B1), nuclear pore complex components (NUP153), and proteins involved in nuclear import (KPNB1). Targeting nuclear envelope components by ORF1p under stress conditions leads to nuclear envelope alteration, disruption of nucleo-cytoplasmic transport, and heterochromatin disorganization. All these deleterious consequences are common features of neurodegenerative diseases and can lead to neurodegeneration. Treatment with a drug called "Remodelin" not only restored the integrity of the nuclear membrane and the structure of heterochromatin but also normalized the toxic levels of ORF1p in the nucleus. This study revealed a new pathogenic role of ORF1p independent of retrotransposition, whereby ORF1p acts on nuclear membrane and nuclear pore complex components. This pathogenic mechanism could be common to several neurodegenerative diseases. This reinforces the idea that LINE-1 could represent a new therapeutic target for neuroprotection.