La O-GlcNAcylation régule la phosphorylation de la tyrosine hydroxylase à la sérine 40 et les niveaux de L-dopa

Contexte de l’étude

Dans le système nerveux, la dopamine est un neurotransmetteur clé dont la synthèse est régulée par l’enzyme limitante de la tyrosine hydroxylase (tyrosine hydroxylase, TH). L’activité de la TH est modulée par diverses modifications post-traductionnelles (post-translational modifications, PTMs), parmi lesquelles la phosphorylation a été largement étudiée. Cependant, ces dernières années, une autre modification post-traductionnelle, la O-GlcNAcylation (O-linked β-N-acétylglucosamine, O-GlcNAc), a attiré l’attention de la communauté scientifique. La O-GlcNAcylation est une modification dynamique et réversible qui consiste à ajouter un seul résidu de N-acétylglucosamine (GlcNAc) sur des résidus de sérine ou thréonine des protéines, modulant ainsi leur fonction.

La phosphorylation de la TH, en particulier au niveau du résidu sérine 40 (Ser40), a prouvé qu’elle pouvait considérablement augmenter son activité enzymatique, favorisant ainsi la synthèse du précurseur de la dopamine, le L-DOPA. Toutefois, le rôle de la O-GlcNAcylation de la TH dans les cellules neuronales n’a pas encore été pleinement élucidé. Par conséquent, cette étude vise à explorer l’interaction entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH, ainsi que la manière dont cette interaction influence la production de L-DOPA.

Source de l’article

Cette recherche a été menée par Bruno da Costa Rodrigues, Miguel Clodomiro dos Santos Lucena et d’autres chercheurs de l’Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brésil. L’article a été publié le 28 janvier 2025 dans la revue American Journal of Physiology-Cell Physiology sous le titre “O-GlcNAcylation regulates tyrosine hydroxylase serine 40 phosphorylation and L-dopa levels”.

Protocole de recherche et résultats

1. Protocole de recherche

a) Changements dynamiques de la O-GlcNAcylation et de la phosphorylation pendant la neuritogenèse dans les cellules PC12

Les chercheurs ont d’abord utilisé le facteur de croissance neuronal (NGF) pour induire la neuritogenèse dans les cellules PC12 (un modèle cellulaire neuronal couramment utilisé), mesurant les changements de O-GlcNAcylation et de phosphorylation de la TH à différents moments (48 heures et 72 heures). Grâce à une analyse par Western blot, ils ont découvert que, avec la progression de la neuritogenèse, les niveaux de O-GlcNAcylation diminuaient significativement tandis que les niveaux de phosphorylation de la Ser40 de la TH augmentaient. De plus, ils ont également évalué les niveaux d’expression des enzymes liées à la O-GlcNAcylation – la O-GlcNAc transférase (OGT) et la O-GlcNAcase (OGA) – constatant que l’expression de l’OGA diminuait également avec la neuritogenèse.

b) Régulation de la phosphorylation de la TH par la O-GlcNAcylation

Pour approfondir la relation entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH, les chercheurs ont traité des cellules PC12 non différenciées avec un inhibiteur d’OGA, le Thiamet-G (TMG), et un inhibiteur d’OGT, l’OSMI-1. Les résultats ont montré que le traitement par TMG augmentait significativement les niveaux de O-GlcNAcylation tout en diminuant ceux de phosphorylation de la TH, tandis que le traitement par OSMI-1 diminuait les niveaux de O-GlcNAcylation tout en augmentant ceux de phosphorylation de la TH. Cela indique l’existence d’un mécanisme de rétroaction négative entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH.

c) Validation de l’effet de la O-GlcNAcylation dans les cellules PC12 différenciées

Les chercheurs ont ensuite reproduit les mêmes expériences dans des cellules PC12 différenciées par NGF. Les résultats ont montré que le traitement par OSMI-1 augmentait significativement les niveaux de phosphorylation de la Ser40 de la TH, tandis que le traitement par TMG n’avait aucun effet notable. Cela montre que, dans les cellules PC12 différenciées, la diminution de la O-GlcNAcylation a un effet plus marqué sur la régulation de la phosphorylation de la TH.

d) Effet de la O-GlcNAcylation sur les niveaux de L-DOPA

Pour examiner l’effet de la O-GlcNAcylation sur la génération de L-DOPA, les chercheurs ont utilisé la technique LC-MS/MS pour détecter les niveaux de L-DOPA et de dopamine dans les cellules PC12. Les résultats ont montré que le traitement par OSMI-1 augmentait significativement les niveaux intracellulaires de L-DOPA sans affecter les niveaux de dopamine. Cela indique que la O-GlcNAcylation influence la production de L-DOPA via la régulation de la phosphorylation de la Ser40 de la TH.

e) Validation de l’effet de la O-GlcNAcylation dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale de souris

Enfin, les chercheurs ont validé l’effet de la O-GlcNAcylation sur la phosphorylation de la TH dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale de souris. À travers des analyses par immunofluorescence et Western blot, ils ont découvert que le traitement par OSMI-1 augmentait significativement les niveaux de phosphorylation de la Ser40 de la TH, tandis que le traitement par TMG n’avait aucun effet notable. Cela montre que la régulation de la phosphorylation de la TH par la O-GlcNAcylation est également présente dans les neurones dopaminergiques.

2. Résultats de l’étude

a) Changements dynamiques de la O-GlcNAcylation et de la phosphorylation pendant la neuritogenèse

Les résultats montrent que, pendant la neuritogenèse des cellules PC12, les niveaux de O-GlcNAcylation diminuent significativement tandis que les niveaux de phosphorylation de la Ser40 de la TH augmentent. Cela indique une corrélation négative entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH.

b) Régulation de la phosphorylation de la TH par la O-GlcNAcylation

En utilisant des inhibiteurs d’OGA et d’OGT, les chercheurs ont confirmé l’existence d’un mécanisme de rétroaction négative entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH. Le traitement par TMG augmente les niveaux de O-GlcNAcylation et diminue ceux de phosphorylation de la TH, tandis que le traitement par OSMI-1 diminue les niveaux de O-GlcNAcylation et augmente ceux de phosphorylation de la TH.

c) Effet de la O-GlcNAcylation sur les niveaux de L-DOPA

Les résultats montrent que la diminution de la O-GlcNAcylation augmente significativement les niveaux intracellulaires de L-DOPA sans affecter les niveaux de dopamine. Cela indique que la O-GlcNAcylation influence la production de L-DOPA via la régulation de la phosphorylation de la Ser40 de la TH.

d) Validation de l’effet de la O-GlcNAcylation dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale de souris

Les résultats montrent que le traitement par OSMI-1 augmente significativement les niveaux de phosphorylation de la Ser40 de la TH dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale de souris, tandis que le traitement par TMG n’a aucun effet notable. Cela montre que la régulation de la phosphorylation de la TH par la O-GlcNAcylation est également présente dans les neurones dopaminergiques.

Conclusion de l’étude

Cette étude révèle pour la première fois un mécanisme de rétroaction négative entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH, prouvant que ce mécanisme influence la production de L-DOPA via la régulation de la phosphorylation de la Ser40 de la TH. Cette découverte offre une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes de régulation de l’homéostasie des neurotransmetteurs et fournit des cibles thérapeutiques potentielles pour traiter les maladies associées à des anomalies du signal dopaminergique, comme la maladie de Parkinson.

Points forts de l’étude

1. Révélation pour la première fois d’un mécanisme de rétroaction négative entre la O-GlcNAcylation et la phosphorylation de la TH, offrant une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes de régulation de l’homéostasie des neurotransmetteurs.
2. Preuve que la O-GlcNAcylation influence la production de L-DOPA via la régulation de la phosphorylation de la Ser40 de la TH, fournissant des cibles thérapeutiques potentielles pour traiter les maladies associées à des anomalies du signal dopaminergique, comme la maladie de Parkinson.
3. Validation de l’effet de la O-GlcNAcylation sur la phosphorylation de la TH dans les cellules PC12 et les neurones dopaminergiques du mésencéphale de souris, renforçant la généralité et la fiabilité des résultats.

Valeur de l’étude

Cette étude non seulement approfondit la compréhension du rôle de la O-GlcNAcylation dans le système nerveux, mais elle offre également de nouvelles perspectives pour le traitement des maladies associées à des anomalies du signal dopaminergique. En modulant les niveaux de O-GlcNAcylation, il pourrait être possible de restaurer l’homéostasie de la dopamine, améliorant ainsi les symptômes des maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson. De plus, cette étude fournit une base théorique pour le développement de nouveaux médicaments basés sur la O-GlcNAcylation.