L'axe PNPO-PLP détecte l'hypoxie prolongée dans les macrophages en régulant l'activité lysosomale

L’oxygène est une substance indispensable pour tous les organismes métazoaires sur Terre, influençant divers processus biologiques dans des conditions physiologiques et pathologiques. Bien que les systèmes de détection de l’oxygène induisant une réponse d’hypoxie aiguë, y compris la voie du facteur induit par l’hypoxie (HIF), aient été identifiés, leurs mécanismes d’action dans l’hypoxie chronique restent mal compris. Ce document examine le mécanisme par lequel la pyridoxal 5’-phosphate (PLP), une coenzyme de la vitamine B6, agit comme détecteur d’oxygène pour réguler l’activité lysosomiale des macrophages dans des conditions d’hypoxie chronique.

Introduction de la source de l’article

Cet article a été co-rédigé par des scientifiques de plusieurs institutions de recherche, dont les principaux auteurs sont Hiroki Sekine, Haruna Takeda, Norihiko Takeda et Akihiro Kishino. Cette recherche a été publiée dans la revue Nature Metabolism, acceptée le 18 avril 2024 après avoir été reçue le 31 mars 2022.

Méthodologie de recherche

L’étude a été menée selon les principales étapes suivantes :

1. Construction de modèles et traitement hypoxique :

   • Établissement d’un modèle de souris présentant une anémie sévère héréditaire (ISAM, inherited super-anaemic mice) pour observer la réponse inflammatoire induite par l’hypoxie chronique.
   • Culture de macrophages dérivés de la moelle osseuse (BMDMs) sous différentes concentrations d’oxygène (1%, 5% et normoxie) pour distinguer les effets de l’hypoxie aiguë et chronique.

2. Détection des niveaux de PLP et de l’acidification lysosomiale :

   • Mesure des niveaux cellulaires de PLP dans différentes conditions par analyse métabolomique.
   • Détection de l’état d’acidification lysosomiale à l’aide de sondes fluorescentes.

3. Analyse de l’expression génique et des niveaux protéiques :

   • Analyse du transcriptome complet des macrophages dans différentes conditions par séquençage d’ARN (RNA-seq).
   • Détection des niveaux d’expression des protéines clés par western blot.

4. Validation fonctionnelle et étude des mécanismes :

   • Exploration de la relation entre la fonction lysosomiale et la biodisponibilité du fer (Fe2+) à l’aide de différents inhibiteurs.
   • Inversion du phénotype inflammatoire induit par l’hypoxie par supplémentation en pyridoxine et PLP, confirmant ainsi le rôle clé du PLP dans la fonction lysosomiale.

Résultats de la recherche

1. L’hypoxie chronique exacerbe l’inflammation :

   • Dans des conditions d’hypoxie prolongée, les souris ISAM étaient plus sensibles à la colite induite par le sulfate de dextrane sodique (DSS), présentant une perte de poids significative et des lésions tissulaires coliques aggravées.
   • Les macrophages exposés à l’hypoxie chronique ont montré un phénotype pro-inflammatoire plus prononcé, caractérisé par une surexpression de gènes pro-inflammatoires tels que l’IL-6 et l’IL-1β.

2. Diminution du PLP et inhibition de la fonction lysosomiale :

   • L’analyse métabolomique a révélé une diminution significative des niveaux de PLP dans les macrophages en condition d’hypoxie chronique.
   • La coloration fluorescente a montré une inhibition sévère de la fonction d’acidification lysosomiale dans l’hypoxie chronique, ainsi qu’une diminution de l’expression de la protéine lysosomiale LAMP1.

3. La biosynthèse du PLP est affectée par la concentration en oxygène :

   • La pyridoxine 5’-phosphate oxydase (PNPO) joue un rôle clé dans la catalyse de la bioactivation de la vitamine B6 en présence d’oxygène.
   • Dans l’hypoxie chronique, la diminution de l’activité PNPO conduit à une carence en PLP, affectant ainsi la fonction lysosomiale normale.

4. Dysrégulation de la disponibilité du fer et perte de fonction de TET2 :

   • L’inhibition de la fonction lysosomiale induite par l’hypoxie chronique entraîne une diminution importante de la biodisponibilité du fer (Fe2+) cellulaire.
   • TET2, une dioxygénase dépendante du Fe2+, voit son activité diminuer dans l’hypoxie chronique, ne pouvant plus réguler efficacement le processus de résolution de l’inflammation.

5. La supplémentation en PLP améliore le phénotype inflammatoire :

   • La supplémentation en pyridoxine restaure les niveaux de PLP, rétablissant la fonction d’acidification lysosomiale et inversant le phénotype pro-inflammatoire induit par l’hypoxie chronique.
   • La synthèse des supersulfures, régulée par le PLP, peut améliorer efficacement la fonction lysosomiale des macrophages lorsqu’elle est supplémentée.

Conclusions et valeur de la recherche

Cette étude révèle pour la première fois le rôle important de l’axe PNPO-PLP dans l’hypoxie chronique, distinct du mécanisme de détection de l’oxygène classique PHD-HIF. Le PNPO régule la fonction lysosomiale en maintenant le métabolisme dépendant du PLP, affectant ainsi la réponse inflammatoire. Cette découverte enrichit notre compréhension des mécanismes de régulation de l’hypoxie et souligne le potentiel de l’axe PNPO-PLP en tant que nouveau système de détection de l’oxygène dans des conditions d’hypoxie. Sa valeur scientifique réside dans les nouvelles perspectives et les cibles potentielles d’intervention qu’elle apporte pour le traitement des pathologies liées à l’hypoxie chronique.

Points forts de la recherche

• Nouveauté : Première proposition du PNPO comme détecteur d’oxygène régulant la fonction lysosomiale dépendante du PLP dans l’hypoxie chronique.
• Valeur appliquée : Fournit de nouvelles cibles potentielles et méthodes d’intervention pour le traitement clinique de l’inflammation.
• Approche globale : Validation du rôle clé de l’axe PNPO-PLP dans l’hypoxie chronique, couvrant les changements métaboliques intracellulaires, la régulation du fer et la fonction lysosomiale.

Cette recherche offre une nouvelle perspective et des stratégies pour comprendre et intervenir sur les pathologies liées à l’hypoxie chronique.