Les globines et leur implication dans le stress oxydant
Sophie Bernad (MCF), Cécile Bouton (DR), Valérie Derrien (IE), Céline Férard (AI)
Nous nous intéressons à la fonction biologique de protéines de la famille des globines à l’échelle moléculaire. L’objectif est d’évaluer l’impact de paramètres physicochimiques et biochimiques sur leur structure. Nous explorons aussi le rôle de la neuroglobine dans la survie de cellules cancéreuses par des approches croisées de biochimie et de biologie cellulaire.
Il y a une vingtaine d’années, plusieurs globines ont été découvertes (cytoglobine, neuroglobine, globine X, hémoglobine du riz), avec des structures tridimensionnelles proches des globines connues (hémoglobine et myoglobine). La plus intrigante est probablement la neuroglobine, exprimée dans le cerveau et appartenant à une branche des globines qui a divergé très tôt dans l’évolution. Malgré une littérature abondante, aucune fonction ne fait consensus pour cette protéine. Elle pourrait avoir un rôle de senseur d’O2, favoriser la survie de cellules saines (neurones) ou cancéreuses ou détoxifier des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote. Nos travaux, aux niveaux moléculaire et cellulaire, portent sur plusieurs de ces nouvelles globines.
Nous avons développé un axe autour de la réactivité des globines hexacoordinées avec le peroxyde d’hydrogène, molécule du stress oxydant, étudiées par spectroscopie résolue en temps (stopped flow) en utilisant la mutagénèse dirigée[Derrien2023]. Une première partie de notre activité se concentre sur l’hémoglobine du riz et le phénomène de dimérisation de tyrosines qui découle de cette activité peroxydase. En complément de ces études, nous collaborons depuis 2009 avec Jaroslava Miksovska (Florida International University, USA) [Tangar2019, Butcher2018, Estevez2020]. Nous étudions notamment la globine X, qui possède une stabilité accrue vis-à-vis du pH par rapport aux autres globines [Farhana2022].
La neuroglobine est aussi un axe fort dans nos thématiques. Des études fonctionnelles sur la neuroglobine ont été publiées dans le cadre de la thèse d’Eric André [André2019] (collaboration ICSN, Gif Sur Yvette, E. Lescop). Nous avons aussi participé à un article explorant le lien entre hémoprotéines et maladie d’Alzheimer [ElKhoury2021].
Structure de la neuroglobine humaine (pdb 1OJ6) (faite avec le logiciel VMD)
Lignée de cellules cancéreuses du sein (MCF-7) après incubation avec la neuroglobine humaine marquée à l’Alexa-488. En vert la neuroglobine marquée à l’Alexa-488 internalisée. En rouge, les membranes plasmiques (CellMask) et en bleu les noyaux (Hoechst). Image obtenue par microscopie confocale spinning disk (plateforme Imagerie-Gif).
Depuis 2022, nous avons initié une approche cellulaire où nous cherchons à mieux comprendre la fonction biologique de la neuroglobine dans la survie de cellules cancéreuses, en collaboration avec l’équipe Rayonnement ionisant, Biosystèmes et Nanoparticules (Emilie Brun). Nous cherchons à répondre à plusieurs questions par des approches croisées de biochimie et de biologie cellulaire : comment la neuroglobine est-elle régulée au sein de cellules cancéreuses soumises à différents stress ? sa localisation intracellulaire est-elle modifiée ? Joue-t-elle un rôle de messager lorsqu’elle est excrétée ? Nous explorons actuellement la fonction potentielle de la neuroglobine extracellulaire dans la ferroptose, une voie régulée de mort cellulaire dépendante du fer.
Nos résultats préliminaires montrent une internalisation de la neuroglobine apportée de manière exogène aux cellules cancéreuses du sein (MCF-7), observée par cytométrie de flux (plateau technique SpICy), imagerie confocale (Imagerie-Gif) et western blot. Nous avons aussi commencé à étudier l’impact de l’apport exogène de neuroglobine dans la survie des cellules cancéreuses du sein en réponse à des inducteurs de ferroptose chimiques ou physiques tel que le rayonnement ionisant [Lei2020] (AAP Bioprobe UPSaclay). En effet, la ferroptose est actuellement la cible privilégiée de thérapies cancéreuses pour éradiquer des tumeurs chimiorésistantes.
Collaborations
Ewen Lescop (ICSN, GIf sur Yvette), Petra Hellwig (Strasbourg, unistra), Jaroslava Miksovska (FIU, Etats-Unis)