Projet de recherche P7/13 (Action de recherche P7)
Introduction et objectif général
Connaître le fonctionnement normal ou pathologique du corps et des organes requiert une compréhension approfondie des voies de signalisation cellulaires. Grâce à une multitude de récepteurs, la cellule est capable de détecter les changements de son microenvironnement et d’y répondre rapidement. L’activation des récepteurs initie diverses réactions moléculaires complexes qui constituent la réponse cellulaire et déclenchent des processus variés tels que le mouvement et la contraction, la libération de neurotransmetteurs ou la croissance, la différenciation et la mort cellulaires. Un dysfonctionnement de ces voies de signalisation est à la base de nombreuses pathologies humaines parmi lesquelles, notamment, les pathologies cardiovasculaires, neurodégénératives ou infectieuses, le diabète et le cancer.
L’objectif général de ce projet est d’améliorer notre connaissance et notre compréhension des propriétés et des interactions des différentes voies de signalisation cellulaires dans des conditions normales ou pathologiques. Ceci constitue la base indispensable au développement de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques. Etant donné la diversité et la complexité des voies de signalisation, cet objectif ambitieux requiert l’implication d’équipes multidisciplinaires de chercheurs et le développement et l’utilisation de techniques innovantes.
Nous proposons donc un réseau se composant de 6 équipes belges et 2 étrangères ayant des expertises fortement complémentaires dans différents domaines de la signalisation cellulaire, notamment le calcium intracellulaire, les phosphoinositides, les récepteurs membranaires et nucléaires, la chromatine, les processus de phosphorylation / déphosphorylation et autres modifications post traductionnelles. Le réseau de partenaires maîtrise une large gamme des techniques cellulaires et moléculaires et a accès à de nombreux modèles de cellules et d’animaux génétiquement modifiés de même qu’à des prélèvements biologiques humains (patients), ce qui permet une approche translationnelle. Le réseau inclut également un associé se concentrant sur la biologie et la bio-informatique des interactomes, ce qui permettra d’intégrer les données et d’analyser les interférences entre les voies de signalisation. Outre les possibilités de recherches, le réseau procure également des opportunités de formation et d'échange pour les étudiants doctorants et post-doctorants. Ce réseau de recherches est basé sur le consortium précédent PAI P6/28 dans lequel une collaboration très productive entre les associés a déjà été fermement établie.
Brève vue d'ensemble de la recherche prévue
Le travail de recherche proposé est subdivisé en six tâches logiques, chacune se concentrant sur une forme spécifique de signalisation cellulaire et de son interaction avec les autres voies de signalisation.
1. Mécanismes et implications physiologiques et physiopathologiques des transports d'ions.
Nous proposons d’évaluer le fonctionnement et le contrôle de différents transporteurs d'ions (canaux ioniques et pompes) en relation avec leur rôle dans le tissu sain ou dans l’étiologie de certaines maladies. Nous étudierons le mode d’action moléculaire des canaux TRP (« Transient Receptor Potential ») et d’ATPases de type P, leurs régulations cellulaires et leurs interactions avec d’autres transporteurs d’ions et voies de signalisation. Nous espérons engranger de nouvelles connaissances concernant le rôle de ces processus dans la perception de la douleur, l’inflammation, la fonction rénale, l’homéostasie glucidique, la décompensation cardiaque et le cancer.
2. Rôle de la phosphorylation dans la prolifération cellulaire et dans le cancer.
Cette partie du projet a pour but d’élucider des réseaux de phosphorylations protéiques dans plusieurs modèles de cancer, en se concentrant en particulier sur les mécanismes d'action des suppresseurs de tumeurs et des molécules impliquées dans la signalisation des processus oncogéniques et angiogéniques tels que PP2A, PP1, Akt/PKB, AMPK, SHIP2, p53 et Stat3. Les voies de signalisation dans ces divers modèles de cancer seront analysées par des approches classiques de biologie moléculaire et cellulaire, mais aussi par des techniques plus récentes d’analyse des interactomes et des phosphoprotéomes. Ces efforts mèneront, nous l’espérons, à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques.
3. Rôle de la signalisation calcique dans la vie et la mort cellulaire. .
Nous prévoyons d'étudier comment la signalisation du Ca2+ intracellulaire contrôle les processus cruciaux de croissance cellulaire, d’apoptose et d’autophagie. Ceci implique 1) le rôle des canaux permettant la libération du Ca2+ réticulaire dans l'apoptose et leur contrôle par les protéines de la famille Bcl-2 ; 2) le rôle des récepteurs de l’IP3 et des ATPases de type P dans l'induction et le contrôle de l’autophagie ; et 3) le rôle des canaux TRP dans la prolifération des cellules et la croissance neuronale. Les résultats nous permettront de mieux comprendre la physiopathologie du cancer, de l'hypertrophie cardiaque et de la dystrophie musculaire
4. Contrôle de la croissance cellulaire et du métabolisme par les voies de signalisation dépendant des phosphoinositides.
Nos recherches se focaliseront sur les différentes enzymes qui permettent l'interconversion des phosphoinositides de membrane, et leurs conséquences pour la croissance et le métabolisme des cellules. En particulier, nous étudierons le contrôle des kinases (par exemple la kinase PIKfyve, l’IMPK) et des phosphatases de PI (par exemple la PI(3,4,5)P3 5-phosphatase SHIP2) de même que des kinases dont l’activité est contrôlée par les PI (PKB/Akt et PDK1), et évaluerons leur rôle dans la croissance cellulaire, la différenciation et le métabolisme du glucose et des acides gras. Les résultats de cette recherche augmenteront notre connaissance des mécanismes de contrôle impliqués dans l’étiologie du diabète, de l'obésité et du syndrome métabolique.
5. Signalisation par des enzymes modifiant la chromatine.
Cette partie du projet concerne le contrôle de l’expression des gènes par les voies de signalisation. Un accent particulier sera mis sur l’étude des modifications covalentes des histones, notamment la phosphorylation, l'acétylation et l'ubiquitination de résidus spécifiques de leur extrémité amino-terminale. Nous étudierons en détail le mode d’action des enzymes principales qui modifient la chromatine, notamment la protéine phosphatase-1 (PP1), les histone-déacetylases (HDACs) et les enzymes de dé-ubiquitination (DUBs) ; nous investiguerons leur implication dans la signalisation cellulaire et leurs rôle dans le développement des vaisseaux sanguins et dans le cancer.
6. Analyse des complexes de signalisation par « interactomique ».
La compréhension du controle et de la fonction des protéines de signalisation requiert la connaissance détaillée des complexes protéiques auxquels elles participent. Étant donné que chaque cellule exprime plusieurs milliers de protéines, le nombre de complexes d'interaction possible dans une cellule est immense. Les différents partenaires de ce PAI fournissent un ensemble unique de techniques moléculaires et de bioinformatique permettant d’identifier et d’analyser les interactions protéine-protéine à grande échelle, de même que des outils permettant de perturber spécifiquement de telles interactions. Les différentes approches seront développées et combinées pour identifier et modifier des interactions clefs décrites dans les tâches 1 à 5 (canaux TRP, ATPases de type P, phosphatases et kinases, enzymes du métabolisme des phosphoinositides, récepteurs…). Les conséquences fonctionnelles et physiopathologiques de ces interactions seront étudiées en détail dans les tâches 1 à 5.
