Ataxie de Friedreich, Défauts de synthèse des centres Fe-S, Surcharge en fer, Récepteur de la transferrine, Palmitoylation

L'ataxie de Friedreich (AF) est une maladie neurodégénérative autosomique récessive se caractérisant par une ataxie spinocérébelleuse et une cardiomyopathie hypertrophique. L'AF résulte de l'expansion intronique de triplets GAA dans le gène FXN, codant pour la frataxine, une protéine mitochondriale impliquée dans les premières étapes de l'assemblage des centres Fe-S (ISC). Un déficit en frataxine entraîne un défaut en protéine à centres Fe-S ainsi qu'une surcharge en fer dans le cerveau et le cœur des patients. Cependant, les mécanismes orchestrant cette accumulation ferrique et les conséquences du déficit en frataxine restent encore mal compris. Le premier objectif de cette thèse a été d'étudier l'homéostasie du fer dans l'AF. L'étude de fibroblastes de patients a montré que le déficit en frataxine induit une réduction du contenu en coenzyme A (CoA) conduisant un défaut de palmitoylation, une modification post-traductionnelle du récepteur de la transferrine (TfR1). Ce déficit en palmitate provoque l'accumulation du TfR1 à la membrane, une augmentation de son endocytose associée à un retard de recyclage, entraînant une accumulation de fer cytosolique et mitochondriale. L'utilisation de dichloroacétate, de CoA ou d'artésunate augmente la palmitoylation du TfR1 et diminue drastiquement la surcharge en fer, ouvrant la voie vers de nouvelles stratégies thérapeutiques. L'expansion de GAA dans FXN provoque une extinction en cis du gène PIP5K1B dans les fibroblastes de patients AF. PIP5K1B code pour la kinase pip5k1ß, jouant un rôle majeur dans l'endocytose de récepteurs membranaires. Néanmoins, les rôles respectifs de FXN et PIP5K1B sur la surcharge en fer dans l'AF restent flous. Le second axe de ma thèse a été de tester la fonction de chacun de ces deux acteurs dans des modèles déficitaires en frataxine et/ou pip5k1ß générés par des techniques d'ARN interférence. J'ai tout d'abord observé que la modification de l'expression de FXN ou PIP5K1B affecte significativement le second, démontrant que leurs expressions sont liées. D'autre part, la dérégulation de l'homéostasie du fer induite par une extinction partielle de la frataxine est accentuée par le déficit en pip5k1ß. A l'inverse, un déficit en pip5k1ß provoque une hausse de la frataxine et diminue la surcharge en fer, suggérant un possible effet bénéfique de son extinction. La biogenèse des centres Fe-S implique une vingtaine de protéines mitochondriales dont les déficits conduisent à des phénotypes cliniques variables, rarement associés à une accumulation de fer. Mon troisième axe de recherche a été d'étudier si tous les déficits de synthèse des ISC conduisent à un défaut de l'homéostasie du fer. L'étude de fibroblastes de patients a révélé que seuls les déficits des premières étapes de la biogenèse des ISC (FXN et FDXR) provoquent une dérégulation de l'homéostasie du fer alors qu'un déficit en protéine des stades tardifs (IBA57, NFU1 et NUBPL) n'a aucun impact sur le contenu en fer.