Lysosome, Maladies de surcharge lysosomale, Dommage membranaire lysosomal, Métabolisme lysosomal, Maladie de Pompe, PI3Kase de classe 3, Pi3P, Métabolisme des acides gras, Biologie cellulaire

Les lysosomes sont des organites cytoplasmiques ubiquitaires responsables de la dégradation d'une variété de macromolécules. De nombreuses conditions ou agents biologiques peuvent altérer l'intégrité du lysosome en endommageant sa membrane et en induisant une perméabilisation de celle-ci. Les maladies de surcharge lysosomale (MSL) constituent un groupe hétérogène d'erreurs innées du métabolisme provoquées par un dysfonctionnement lysosomal, principalement dues à des déficits d'enzymes lysosomales. Seules quelques MSL bénéficient de thérapies spécifiques, ces dernières présentant de nombreuses limites. La plupart des MSL sont donc encore incurables, entraînant la mort prématurée des patients. Il existe ainsi un besoin clinique de mieux comprendre les mécanismes de la dysfonction lysosomale afin de développer des thérapies alternatives bénéfiques aux patients atteints de MSL. Durant ma thèse, grâce à un criblage de fibroblastes primaires cutanés de patients atteints de différentes MSL, j'ai découvert, à l'aide d'essais de points de galectine-3, que les cellules de patients provenant de MSL non apparentées (maladie de Pompe, Gaucher et CLN2) présentaient le signe d'un dommage basal de la membrane lysosomale, alors que dans la maladie de Tay-Sachs, aucun dommage membranaire basal n'a été détecté. Notamment, dans les cellules de patients de maladie de Pompe, les dommages dépendaient de l'accumulation du substrat glycogène non dégradé. Le processus de réparation des dommages lysosomaux est très dynamique et implique plusieurs cascades de signalisation conduisant à l'assemblage de complexes macromoléculaires sur les membranes lysosomales. Pourtant, la manière dont ces acteurs moléculaires déclenchent et orchestrent la réparation de la membrane lysosomale lors d'un dommage n'est pas encore entièrement comprise. Je me suis concentré sur l'implication du phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P), un second messager lipidique généré majoritairement par la PI3Kinase de classe 3 (PI3K-3), dans le maintien de l'intégrité de la membrane lysosomal dans les cellules de patients de MSL. La PI3K-3 est un complexe protéique conservé de la levure à l'homme, composé de la sous-unité lipide kinase Vps34 et de la sous-unité régulatrice Vps15. J'ai observé que la déplétion génétique ou l'inhibition pharmacologique de la PI3K-3 induisaient des dommages à la membrane lysosomale et une sensibilité accrue aux dommages induits chimiquement par le L-Leu-L-Leu methyl ester (LLOMe). Grâce à des techniques biochimiques incluant l'immunopurification des lysosomes, j'ai confirmé la présence d'un pool actif de PI3K-3 au niveau lysosomal. Notamment, les niveaux de PI3K-3 lysosomale sont diminués dans les cellules des patients de maladie de Pompe. De plus, la surexpression de la PI3K-3 ciblée sur la membrane lysosomale était suffisante pour protéger les cellules saines des dommages lysosomaux chimiques et réduire les dommages basaux dans les cellules de patients de maladie de Pompe. Mécanistiquement, j'ai découvert que cet effet protecteur reposait sur l'activité kinase de Vps34 et nécessitait l'activité de l'acide gras synthase (FAS). J'ai démontré que la localisation lysosomale de FAS dépendait de l'activité de la lipide kinase Vps34 en cas de lésions lysosomales induites chimiquement. Le traitement par le palmitate, un acide gras saturé à longue chaîne produit par FAS, a partiellement protégé les cellules témoins des dommages lysosomaux induits par le LLOMe et a diminué les dommages basaux de la membrane lysosomale dans les cellules de maladie de Pompe. Par conséquent, l'activation de la PI3K-3 au niveau lysosomal et l'apport d'acides gras pourraient représenter une nouvelle stratégie thérapeutique dans les MSL. Les études à venir viseront à comprendre les mécanismes d'implication de la PI3K-3 et FAS dans le maintien de l'intégrité membranaire lysosomale et testeront l'efficacité de traitements ciblant la synthèse et l'apport d'acides gras dans différentes MSL.