PAD4 dérivé des neutrophiles induit la citrullination de CKMT1 et exacerbe l'inflammation muqueuse dans les maladies inflammatoires de l'intestin

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Ces dernières années, dans les recherches sur les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), de plus en plus de preuves indiquent que les neutrophiles jouent un rôle clé dans l’apparition et le développement de l’inflammation intestinale. Les MICI comprennent la maladie de Crohn (MC) et la rectocolite hémorragique (RCH), dont les mécanismes pathogéniques ne sont pas encore complètement élucidés, mais une réponse immunitaire anormale est clairement l’un des principaux facteurs affectant la maladie.

Contexte et objectifs de la recherche

L’objectif de cette étude était d’explorer le rôle spécifique de la peptidyl-arginine déiminase 4 (PAD4) et ses substrats potentiels dans le processus pathologique des MICI. L’équipe de recherche a souligné que les neutrophiles peuvent lutter contre les micro-organismes pathogènes en formant des structures en réseau appelées pièges extracellulaires des neutrophiles (Neutrophil Extracellular Traps, NETs), mais ce mécanisme peut également perturber les jonctions cellulaires et induire l’apoptose des cellules épithéliales intestinales (Intestinal Epithelial Cells, IECs). Par conséquent, il est particulièrement important de comprendre le rôle de PAD4 dans ce processus.

Chercheurs et institutions

Cet article a été réalisé conjointement par Shuling Wang, Yihang Song, Zhijie Wang et al., les auteurs provenant principalement de l’Université de médecine navale, de l’hôpital Changhai et de l’Université des sciences et technologies de Chine à Shanghai, en Chine. L’article a été publié dans “Cellular & Molecular Immunology” le 8 mai 2024.

Méthodes et processus de recherche

L’équipe de recherche a utilisé le séquençage d’ARN unicellulaire (Single-Cell RNA Sequencing, scRNA-seq) et la technique de cartographie de la citrullination des substrats pour décoder systématiquement le rôle de PAD4 dans un modèle murin de colite induite par le dextran sulfate de sodium (DSS).

  1. Expérimentation animale : Les chercheurs ont d’abord généré des souris déficientes en PAD4 (PAD4−／−) par knockout génétique et ont constaté que cette déficience améliorait significativement l’inflammation de la colite induite par le DSS.
  2. Séquençage d’ARN unicellulaire : Par séquençage d’ARN unicellulaire des tissus du côlon, l’équipe de recherche a identifié 17 groupes cellulaires différents et a constaté une réduction significative du nombre de neutrophiles chez les souris déficientes en PAD4. De plus, ils ont observé des changements significatifs dans les sous-populations de cellules épithéliales.
  3. Cartographie de la citrullination des substrats : La chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) a été utilisée pour valider davantage le rôle de PAD4 dans l’inflammation du côlon et a révélé que la créatine kinase mitochondriale 1 (Mitochondrial Creatine Kinase 1, CKMT1) est un substrat clé régulé par PAD4.

Principaux résultats de la recherche

  1. La déficience en PAD4 remodèle le paysage cellulaire intestinal :

    • L’étude a montré que la déficience en PAD4 entraîne une réduction significative du nombre de neutrophiles dans les tissus du côlon des souris traitées au DSS, accompagnée d’une diminution significative de l’expression d’une série de gènes liés à l’inflammation.
    • Dans l’analyse des IEC, une diminution des cellules épithéliales distales immatures a été observée, mais une augmentation significative des cellules épithéliales NOS2+CLCA3b+, ces changements étant étroitement liés aux voies de phosphorylation oxydative et d’autophagie.

  2. PAD4 régule la fonction de barrière intestinale via les EVs :

    • L’étude a montré que pendant le processus de formation des NETs, PAD4 est libéré dans les IEC via des EVs, affectant leur survie cellulaire et leur fonction de barrière.
    • Dans des expériences in vitro, l’utilisation de lignées cellulaires IEC surexprimant PAD4 a davantage démontré le rôle régulateur de PAD4 dans le processus de citrullination cellulaire, augmentant les marqueurs d’apoptose cellulaire et diminuant les marqueurs de jonction cellulaire.

  3. CKMT1 est un substrat clé de la citrullination par PAD4 :

    • Dans une série d’analyses par spectrométrie de masse, l’équipe de recherche a découvert que le site R243 de CKMT1 est le principal site d’action de la citrullination médiée par PAD4.
    • Chez les souris déficientes en PAD4, la stabilité protéique de CKMT1 était significativement améliorée dans le modèle murin de colite induite par le DSS, indiquant que PAD4 régule l’expression de CKMT1 via la voie de l’autophagie.

Conclusions et signification de la recherche

À travers cette série d’études approfondies, l’équipe a démontré le rôle important de PAD4 dans les MICI, révélant le mécanisme important par lequel PAD4 aggrave les MICI en affectant l’homéostasie des IEC par citrullination de CKMT1. Ces découvertes fournissent non seulement de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques des MICI, mais indiquent également PAD4 comme cible thérapeutique potentielle.

Points forts de la recherche

  1. Première découverte que PAD4 est transmis aux IEC via les EVs pendant la formation des NETs et y exerce son action.
  2. Identification de CKMT1 comme substrat clé de la citrullination par PAD4, révélant en profondeur son rôle spécifique dans la pathologie intestinale.
  3. Analyse systématique du mécanisme moléculaire de PAD4 dans l’inflammation intestinale par séquençage d’ARN unicellulaire et analyse par spectrométrie de masse.

Pertinence clinique

Par l’analyse clinique de patients atteints de MICI, l’équipe de recherche a validé davantage les changements d’expression de PAD4 et CKMT1 dans les MICI. Les données montrent que les niveaux de PAD4 et de citrullination sont significativement augmentés chez les patients atteints de MICI, tandis que l’expression de CKMT1 est nettement diminuée, ce qui est négativement corrélé avec le degré d’inflammation du côlon. Cette découverte fournit des indices importants pour le diagnostic clinique et le traitement ciblé des MICI.

Perspectives et recommandations

Cette étude fournit un solide soutien théorique pour l’application potentielle de PAD4 dans le traitement des MICI. Les recherches futures pourraient explorer davantage les mécanismes spécifiques de régulation de PAD4 et CKMT1 dans les MICI, développer de nouvelles cibles thérapeutiques et des médicaments, dans l’espoir d’apporter des options de traitement plus efficaces aux patients.