POLDIP2 régule la perméabilité vasculaire cérébrale en modulant la phosphorylation et la localisation de ZO-1 médiée par les ROS

Contexte

La barrière hémato-encéphalique (Blood-Brain Barrier, BBB) est un élément essentiel du système nerveux central (Central Nervous System, CNS), composée de cellules endothéliales cérébrales, d’astrocytes, de péricytes et de neurones. Les cellules endothéliales cérébrales forment une barrière physique continue grâce aux jonctions serrées (Tight Junctions, TJs), régulant la perméabilité des substances du sang vers le tissu cérébral. Les principales composantes des TJs incluent les protéines transmembranaires (comme l’occludine et les claudines) et les protéines d’échafaudage (comme ZO-1, ZO-2 et ZO-3), parmi lesquelles ZO-1 joue un rôle clé dans le maintien de la structure et de la fonction des TJs. Des études ont montré que le stress oxydatif induit la phosphorylation de la tyrosine de ZO-1, entraînant sa dissociation des jonctions intercellulaires et compromettant ainsi l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique.

POLDIP2 (Polymerase Delta-Interacting Protein 2) est une protéine multifonctionnelle initialement identifiée pour sa liaison à l’ADN polymérase δ et à l’antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA). Des recherches récentes ont montré que POLDIP2 joue un rôle important dans la régulation de la production d’espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS) mitochondriales et dans la dynamique du cytosquelette. Cependant, le rôle de POLDIP2 dans les cellules endothéliales cérébrales et son mécanisme de régulation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique restent mal compris. Cette étude vise à élucider le mécanisme moléculaire par lequel POLDIP2 régule la perméabilité des cellules endothéliales cérébrales en modulant la phosphorylation et la localisation de ZO-1.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Keke Wang, Hongyan Qu, Ruinan Hu et leurs collaborateurs, issus d’institutions telles que l’Emory University School of Medicine et l’Université de Xi’an Jiaotong. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cell Communication and Signaling, sous le titre “Polymerase delta-interacting protein 2 mediates brain vascular permeability by regulating ROS-mediated ZO-1 phosphorylation and localization at the interendothelial border”.

Méthodologie et résultats

1. Construction et validation d’un modèle de souris avec délétion spécifique de POLDIP2 dans les cellules endothéliales

L’équipe de recherche a d’abord généré des souris présentant une délétion spécifique de POLDIP2 dans les cellules endothéliales (POLDIP2 EC-/-) et a évalué son impact sur la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique à l’aide d’un modèle d’ischémie cérébrale. Les résultats ont montré que les souris POLDIP2 EC-/- présentaient une extravasation significativement réduite du colorant Evans Blue après une ischémie cérébrale, indiquant que la délétion de POLDIP2 protège l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique.

2. Effet de la suppression de POLDIP2 sur la perméabilité des cellules endothéliales cérébrales

Dans des expériences in vitro, l’équipe a utilisé des cellules endothéliales microvasculaires cérébrales de rat (RBMECs) comme modèle, en supprimant l’expression de POLDIP2 par siRNA, et a évalué son impact sur la perméabilité induite par le facteur de nécrose tumorale α (TNF-α). Les résultats ont montré que la suppression de POLDIP2 inhibait significativement l’augmentation de la perméabilité endothéliale induite par le TNF-α. Des expériences supplémentaires de immunofluorescence ont révélé que la suppression de POLDIP2 empêchait la dissociation de ZO-1 des jonctions intercellulaires induite par le TNF-α.

3. Effet de la surexpression de POLDIP2 sur la perméabilité et la localisation de ZO-1 dans les cellules endothéliales cérébrales

Pour valider davantage le rôle de POLDIP2, l’équipe a surexprimé POLDIP2 dans les RBMECs à l’aide d’un vecteur adénoviral. Les résultats ont montré que la surexpression de POLDIP2 augmentait significativement la perméabilité des cellules endothéliales et réduisait la localisation de ZO-1 aux jonctions intercellulaires. De plus, la surexpression de POLDIP2 augmentait également de manière significative la production de H2O2 intracellulaire.

4. Inhibition par l’antioxydant NAC de la dissociation de ZO-1 induite par POLDIP2

Pour vérifier le rôle des ROS dans la régulation de ZO-1 par POLDIP2, l’équipe a traité les RBMECs surexprimant POLDIP2 avec l’antioxydant N-acétylcystéine (NAC). Les résultats ont montré que le traitement au NAC inhibait significativement la dissociation de ZO-1 induite par POLDIP2, indiquant que POLDIP2 régule la localisation de ZO-1 via un mécanisme médié par les ROS.

5. Phosphorylation de la tyrosine de ZO-1 induite par POLDIP2

Grâce à des expériences de co-immunoprécipitation, l’équipe a découvert que la surexpression de POLDIP2 induisait la phosphorylation de la tyrosine de ZO-1, un processus qui pouvait être inhibé par le NAC ou le piégeur de ROS mitochondriales Mitotempo. Ces résultats suggèrent que POLDIP2 régule la perméabilité des cellules endothéliales via la phosphorylation de la tyrosine de ZO-1 médiée par les ROS mitochondriales.

Conclusion et signification

Cette étude révèle pour la première fois le mécanisme moléculaire par lequel POLDIP2 régule la perméabilité des cellules endothéliales cérébrales en modulant la production de ROS mitochondriales et la phosphorylation de la tyrosine de ZO-1. Les résultats montrent que POLDIP2, dans des conditions pathologiques telles que l’ischémie cérébrale, augmente la production de ROS, induisant la phosphorylation et la dissociation de ZO-1, ce qui compromet l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique. Cette découverte fournit une base théorique pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant POLDIP2 et ses voies de signalisation en aval, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour le traitement de maladies neurologiques telles que l’ischémie cérébrale et l’œdème cérébral.

Points forts de l’étude

1. Mécanisme innovant : Première démonstration que POLDIP2 régule la perméabilité des cellules endothéliales cérébrales via la phosphorylation de ZO-1 médiée par les ROS mitochondriales.
2. Validation multiniveau : Combinaison d’expériences in vivo et in vitro pour valider de manière exhaustive le rôle de POLDIP2 dans la régulation de la barrière hémato-encéphalique.
3. Cible thérapeutique potentielle : POLDIP2 et ses voies de signalisation en aval pourraient devenir de nouvelles cibles pour le traitement de l’ischémie cérébrale, de l’œdème cérébral et d’autres maladies neurologiques.

Autres informations utiles

Cette étude fournit également des méthodes expérimentales détaillées et des procédures d’analyse de données, incluant l’extraction d’ARN et la qPCR, la coloration par immunofluorescence, la co-immunoprécipitation, entre autres techniques, offrant une référence précieuse pour les chercheurs dans ce domaine. De plus, l’équipe a développé un système de surexpression de POLDIP2 basé sur l’adénovirus, fournissant un outil puissant pour les recherches futures.