La Ferroptose Déclenchée par une Déficience de la GTPase Spliceosomale EFTUD2 Conduit à la Dégénérescence des Cellules de Purkinje

L’absence d’EFTUD2 déclenche la dégénérescence des cellules de Purkinje du cervelet due à la ferroptose

Contexte et motivation de la recherche

Le cervelet joue un rôle essentiel dans la coordination motrice et les fonctions cognitives supérieures, et la santé des cellules de Purkinje (PC) du cervelet est cruciale pour maintenir ses fonctions. La régulation génétique basée sur l’épissage alternatif (Alternative Splicing, AS) joue un rôle clé dans le développement du système nerveux, en particulier dans le maintien de la survie des PC. Des recherches montrent que des anomalies dans le spliceosome et les protéines liant l’ARN (RBP) peuvent entraîner une série de maladies neurodéveloppementales et neurodégénératives, y compris la dégénérescence rapide des PC. Cette étude se concentre sur le gène EFTUD2, une GTPase clé dans le spliceosome, indispensable au processus d’épissage de l’ARN. Des études antérieures ont montré que des mutations d’EFTUD2 peuvent causer un syndrome appelé dysostose mandibulofaciale avec microcéphalie (MFDM), entraînant une hypoplasie cérébelleuse et des troubles moteurs, mais les mécanismes moléculaires précis par lesquels l’absence d’EFTUD2 provoque ces symptômes restent flous.

Cette recherche est menée par Guochao Yang et son équipe, provenant de l’Institut de Recherche Fondamentale de Pékin, Université du Shandong, et d’autres institutions, et a été publiée dans la revue « Neuron ». L’objectif de l’étude est de déterminer le rôle d’EFTUD2 dans la croissance et la survie des PC du cervelet et comment il maintient la fonction des PC en inhibant la ferroptose. L’équipe a exploré les mécanismes de dommages cellulaires induits par la déficience d’EFTUD2 en construisant un modèle murin d’invalidation spécifique des PC (EFTUD2 cKO) et a vérifié si l’inhibition de la ferroptose pouvait sauver les symptômes dégénératifs causés par la perte de PC.

Méthodes de recherche

Processus expérimental et conception

Cette étude comprend plusieurs étapes expérimentales clés visant à explorer la fonction d’EFTUD2 du niveau cellulaire au niveau intégral.

1. Construction du modèle murin d’invalidation spécifique des PC pour EFTUD2 : L’équipe de recherche a croisé des souris EFTUD2^f/f avec des souris L7-Cre pour obtenir des souris dont EFTUD2 est spécifique aux PC (EFTUD2 cKO). Chez ces souris, EFTUD2 est spécifiquement invalide pour observer son impact sur la structure et la fonction des PC.

2. Détection morphologique et fonctionnelle : À l’aide de techniques d’immunofluorescence et de coloration tissulaire, les chercheurs ont observé les changements de nombre et de morphologie des PC des souris EFTUD2 cKO. Les résultats montrent une réduction du volume cérébelleux et une diminution notable du nombre de PC, accompagnés de troubles de la coordination motrice. L’équipe de recherche a également mené des tests comportementaux tels que la tige rotative accélérée et les tests de barres d’équilibre pour évaluer les changements dans la coordination motrice et le comportement social des souris.

3. Analyse de l’expression génique et des mécanismes moléculaires : Grâce au séquençage ARN (RNA-seq) et au séquençage ARN unicellulaire (scRNA-seq), l’étude a analysé l’impact de l’invalidation d’EFTUD2 sur l’expression génique des PC du cervelet. Une analyse d’enrichissement génétique des gènes d’expression différentielle a révélé des modifications importantes dans l’expression des gènes liés au métabolisme lipidique, au stress oxydatif et à la ferroptose chez les souris EFTUD2 cKO.

4. Détection de la voie de signalisation de la ferroptose : L’expérience a également observé les niveaux d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) intracellulaires et la morphologie mitochondriale, découvrant que la ROS augmentait considérablement dans les PC des souris après l’invalidation d’EFTUD2, et que les mitochondries se rétrécissaient et se rompaient, typiques de la ferroptose.

5. Expériences d’inhibition de la ferroptose : Pour vérifier davantage le rôle de la ferroptose dans la mort des PC causée par l’absence d’EFTUD2, l’équipe a traité les souris avec des inhibiteurs de ferroptose, la ferrostatine-1 (Fer-1) et la vitamine E. Les résultats montrent que ces inhibiteurs atténuent efficacement la dégénérescence des PC et améliorent les troubles moteurs des souris.

Principales découvertes

1. L’absence d’EFTUD2 déclenche la ferroptose des PC et cause une hypoplasie cérébelleuse : Chez les souris EFTUD2 cKO, le nombre de PC dans le cervelet diminue considérablement, accompagné par l’atrophie cérébelleuse. Ce phénomène est similaire aux symptômes des patients MFDM, révélant le rôle clé d’EFTUD2 dans le maintien de la structure et de la fonction des PC.

2. EFTUD2 inhibe la ferroptose via la régulation du métabolisme lipidique : L’étude démontre que l’absence d’EFTUD2 entraîne la sous-régulation des gènes anti-ferroptotiques SCD1 et GCH1, indiquant qu’il inhibe la ferroptose par la régulation des phospholipides d’acides gras monoinsaturés (MUFAs) et de l’activité antioxydante.

3. Inhibition de la ferroptose via une voie indépendante de p53 : L’expérience révèle que la ferroptose déclenchée par l’absence d’EFTUD2 suit une voie indépendante de p53. Bien que p53 joue généralement un rôle important dans l’apoptose et la ferroptose, cette étude indique qu’EFTUD2 inhibe la ferroptose par la sous-régulation de SCD1 et GCH1 plutôt que de dépendre de la voie de signalisation de p53.

4. L’invalidation d’EFTUD2 provoque un épissage erroné de l’ATF4, affectant les gènes anti-ferroptotiques : Le séquençage ARN et le séquençage ARN long ont montré que l’absence d’EFTUD2 entraîne un épissage erroné du gène ATF4, inhibant sa fonction. Comme ATF4 régule directement l’expression de SCD1 et GCH1, cet épissage erroné réduit davantage le niveau d’expression des gènes anti-ferroptotiques.

5. L’inhibition de la ferroptose améliore effectivement la dégénérescence des PC : Les souris EFTUD2 cKO traitées avec des inhibiteurs de ferroptose montrent une survie accrue des PC et une amélioration des comportements moteurs. De plus, les souris à double invalidation EFTUD2 et ACSL4 présentent également un soulagement notable de la dégénérescence, confirmant davantage le rôle de la ferroptose dans la dégénérescence des PC induite par l’absence d’EFTUD2.

Signification de l’étude

Cette recherche met en lumière l’importance d’EFTUD2 dans la survie des PC du cervelet et indique qu’EFTUD2 maintient la structure et la fonction des PC en inhibant la ferroptose, offrant de nouvelles perspectives pour le traitement du MFDM et d’autres maladies neurodégénératives. EFTUD2 réduit la peroxydation lipidique intracellulaire et les niveaux de ROS par la régulation de l’expression de SCD1 et GCH1, empêchant ainsi la ferroptose par une voie indépendantes de p53. Les résultats de l’étude montrent que l’application d’inhibiteurs de ferroptose pourrait potentiellement devenir une nouvelle méthode de traitement des maladies dégénératives cérébelleuses causées par l’absence d’EFTUD2. En outre, l’étude suggère que la détection et l’intervention précoce des anomalies cérébelleuses pourraient avoir une valeur clinique potentielle pour les patients MFDM.

Points forts de l’étude

1. Découverte du rôle d’inhibition de la ferroptose par EFTUD2 et son mécanisme : À travers un modèle d’invalidation spécifique des PC pour EFTUD2, l’étude révèle pour la première fois le mécanisme moléculaire par lequel EFTUD2 inhibe la ferroptose par une voie indépendante de p53.

2. Inhibiteurs de la ferroptose proposés comme potentielle stratégie de traitement pour les maladies liées à l’absence d’EFTUD2 : Le traitement par des inhibiteurs de la ferroptose comme le Fer-1 et la vitamine E montre des effets positifs dans le modèle murin, offrant de nouvelles idées pour le traitement des maladies dégénératives associées à EFTUD2.

3. Exploration de l’importance de la ferroptose dans le développement du système nerveux : Cette étude relie directement la ferroptose aux anomalies de développement du cervelet et aux troubles de la coordination motrice, élargissant le champ d’application de la recherche sur la ferroptose dans le développement neurodéveloppemental et les maladies dégénératives.

Conclusion

Cette étude clarifie le mécanisme par lequel l’absence d’EFTUD2 conduit à la ferroptose des PC et le potentiel thérapeutique de l’inhibition de la ferroptose. L’étude du lien entre la GTPase du spliceosome EFTUD2 et la voie de la ferroptose élucide davantage l’importance de l’épissage de l’ARN dans la survie des cellules nerveuses et le développement neurologique.