Caractérisation des mécanismes impliqués dans la régulation de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation des cellules épithéliales intestinales régulation et rôle de p27[indice supérieur Kip1] et SHP-1

Abstract

L'épithélium intestinal est un tissu en constant renouvellement.L'unité fonctionnelle de l'intestin, l'axe crypte/villosité, est composée de deux compartiments dans lesquelles se déroulent des mécanismes cellulaires bien précis. Au niveau de la crypte, les cellules prolifèrent et se différencient tandis qu'au niveau de la villosité, les cellules sont différenciées et pleinement fonctionnelles. Il doit donc y avoir un contrôle de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation pour faire en sorte de coordonner le renouvellement et le fonctionnement efficace de l'organe. La prolifération et la différenciation terminale étant des processus exclusifs, le contrôle de la progression du cycle cellulaire est central entre ces deux processus. La progression des phases du cycle cellulaire est sous le contrôle des complexes cyclines/Cdks. La régulation de l'activité des complexes cyclines/Cdks est assurée par une famille de protéines, les inhibiteurs du cycle cellulaire. De plus, le niveau de phosphorylation des protéines régule leur activité et leur expression. Ceci aura pour conséquence de réguler l'équilibre entre la prolifération et la différenciation. Il a été rapporté que la perte de contrôle de la prolifération cellulaire suite à la surexpression ou la perte d'expression de protéines bien précises peut amener le développement de pathologies comme le cancer.L'équipe du Dr Rivard a montré précédemment que l'inhibiteur du cycle cellulaire, p27[indice supérieur Kip1] , est impliqué dans le processus de différenciation en plus de son rôle dans l'arrêt du cycle cellulaire dans les cellules épithéliales intestinales. Le premier objectif de mon projet de doctorat était d'analyser l'implication de p27[indice supérieur Kip1] dans la différenciation épithéliale intestinale. Nos résultats démontrent que p27[indice supérieur Kip1] , Cdk2 et le facteur de transcription CDX2 interagissent ensemble dans un même complexe. Dans les cellules épithéliales intestinales prolifératives, Cdk2 phosphoryle CDX2 ce qui entraîne l'ubiquitination et la dégradation subséquente de ce facteur de transcription de manière à empêcher l'effet inhibiteur de CDX2 sur la progression du cycle cellulaire et à empêcher l'induction de la différenciation. Au contraire, dans les cellules épithéliales intestinales en voie de différenciation, p27[indice supérieur Kip1] inhibe l'activité kinase de Cdk2 ce qui augmente l'expression de CDX2 et permet l'expression de marqueurs de différenciation et l'acquisition d'un phénotype pleinement différencié.L'équipe du Dr Rivard a aussi montré que la protéine SHP-1 était impliquée dans la régulation de l'activité transcriptionnelle de la [bêta]-caténine et dans la régulation négative du cycle cellulaire. Le deuxième objectif de mon projet de doctorat était d'identifier de nouveaux partenaires d'interaction de SHP-1 en utilisant le système double hybride chez la levure de manière à mieux comprendre son rôle dans la progression du cycle cellulaire. Nous avons identifié que la protéine Cdk2 interagit avec SHP-l. Cette interaction se traduit par la phosphorylation de SHP-1 par Cdk2 et la dégradation de SHP-1 par le système ubiquitine/protéasome. Ainsi, en phase GO-G1, la protéine SHP-1 est exprimée et active ce qui se traduit pas l'arrêt du cycle cellulaire. Lors de la transition G1/S, les complexes cycline E/Cdk2 et cycline A/Cdk2 sont activés et diminuent l'expression de SHP-1 ce qui favorise la progression du cycle cellulaire. Au contraire, lorsque les cellules épithéliales intestinales se différencient, l'augmentation d'expression de p27[indice supérieur Kip1] bloque les complexes cycline E/A/Cdk2 résultant en l'augmentation de l'expression de SHP-1. Ces résultats suggèrent la participation de SHP-1 au niveau du point de restriction dans les cellules épithéliales intestinales et dans le contrôle de l'équilibre entre la prolifération et la différenciation.Tel que mentionné précédemment, l'inhibiteur du cycle cellulaire p27[indice supérieur Kip1] joue un rôle central dans le contrôle de la prolifération et de la différenciation des cellules de l'épithélium intestinal. Le troisième objectif de ce projet de doctorat était d'analyser les mécanismes de régulation de p27[indice supérieur Kip1] via l'identification de nouveaux partenaires en utilisant l'approche du double hybride chez la levure. Nous avons identifié la cathepsine B comme partenaire d'interaction de p27[indice supérieur Kip1] dans les cellules épithéliales intestinales. Nous avons par la suite montré que l'activité protéase de la cathepsine B entraîne la coupure de p27[indice supérieur Kip1]. Nous avons identifié une nouvelle forme de la cathepsine B exprimée dans le noyau.L'analyse de l'expression de cette forme tronquée de la cathepsine B nous a permis d'identifier une augmentation de la transcription de l'ARNm et de l'expression de la protéine dans certaines lignées de cellules cancéreuses colorectales humaines versus dans les cellules normales. Finalement, l'expression nucléaire de cette forme de la cathepsine B corrèle avec un enrichissement nucléolaire de la portion C-terminale de la protéine p27[indice supérieur Kip1] . En résumé, ces travaux ont permis une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation de l'équilibre entre le contrôle du cycle cellulaire et la prolifération versus l'arrêt du cycle cellulaire et l'acquisition d'un phénotype différencié dans les cellules épithéliales intestinales.