InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 1. Rapport scientifique sur le crédit reçu en 2015 Comme chaque année, le travail des équipes de l’Institut de Duve a mené à des progrès importants dans notre compréhension du fonctionnement de nos cellules et à une meilleure compréhension de mécanismes intervenant dans la physiopathologie de différentes maladies. Sans reprendre tous les travaux réalisés au cours de l’année 2015, j’ai le plaisir de citer les apports scientifiques suivants. En ce qui concerne les maladies métaboliques, l’équipe de Guido Bommer a élucidé la fonction d’enzymes mutées dans des maladies neuro-musculaires congénitales affectant une protéine appelée l’alpha-dystroglycan. La fonction de ces enzymes (codées par les gènes ISPD, Fukutin et FKRP) est de fixer des groupements ribitol-5phosphate sur le dystroglycan. Ce type de modification post-traductionnelle n’a jamais été décrit chez aucun eucaryote précédemment. Cette découverte ouvre des perspectives thérapeutiques pour le traitement des dystroglycanopathies (Gerin et al. 2016). Les équipes de Guido Bommer et Emile Van Schaftingen ont également découvert une nouvelle enzyme de "réparation métabolique", un domaine dans lequel ces équipes jouent un rôle de pionnier. La nouvelle enzyme, applelée PGP, permet de détruire trois esters phosphoriques "anormaux" (erythronate-4-phosphate, L-2phospholactate, phophoglycolate) qui sont formés erronément par des enzymes de la glycolyse et perturbent profondément le métabolisme intermédiaire s’ils ne sont pas détruits. Cette découverte souligne combien le processus de réparation métabolique est important pour permettre au métabolisme intermédiaire de fonctionner correctement (Collard et al. 2016). Dans le domaine des maladies infectieuses, l’équipe de Jean-François Collet a, en collaboration avec celle de Frédéric Barras (CNRS, Marseille), identifié un nouveau système permettant aux bactéries de se défendre contre l’hypochlorite produit par certaines cellules du système immunitaire afin de luter contre les microorganismes. Ce système implique deux protéines, MsrP et MsrQ, qui utilisent des électrons provenant de la chaine respiratoire membranaire, pour réparer les résidus Méthionine endommagés suite à l’exposition des protéines de l’enveloppe bactérienne à l’hypochlorite (Gennaris et al. 2016). Le système MsrPQ pourrait être une cible idéale pour le développement de nouveaux antibiotiques. Le groupe d'Anabelle Decottignies s'intéresse aux régions situées à l’extrémité de nos chromosomes, les "télomères". Ces structures protectrices sont impliquées dans la capacité de nos cellules à se diviser. L’étude de la régulation des télomères prend tout son intérêt, aussi bien dans le contexte du vieillissement que dans celui du cancer. En effet, avec l’âge, nos télomères s’usent, ce qui limite la capacité de régénération des tissus. En collaboration avec l’équipe de Marc Francaux (UCL), le groupe a pu montrer que l’exercice physique, via l’axe AMPK/PGC-1α, induit une réponse protectrice au niveau des télomères et, de ce fait, pourrait contribuer à retarder le vieillissement des tissus lié à l’âge (Diman et al. 2016). A l’inverse, la majorité des cellules cancéreuses est capable de garder des télomères éternellement jeunes, ce qui leur donne un potentiel de prolifération illimité. L’équipe de l’Institut de Duve
1
InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 étudie également les mécanismes de maintien des télomères dans les tumeurs, notamment les sarcomes et les mélanomes, afin d’identifier de nouvelles stratégies anti-tumorales. Le groupe de Stefan Constantinescu s'intéresse aux mécanismes d'induction des cancers du sang, comme le néoplasmes myéloprolifératifs et la leucémie aiguë myéloïde. Ils ont découvert que des mutants d'une protéine appelée calréticuline, rendent cette protéine capable d'activer spécifiquement un récepteur, celui de la thrombopoïétine, ce qui conduit à la prolifération cancéreuse des précurseurs de plaquettes, des petites cellules qui nous aident à stopper le hémorragies (Chachoua et al. 2016; Balligand et al. 2016; Marty et al. 2016). Ce mécanisme est inattendu et pourrait être exploité à des fins thérapeutiques. Le groupe a aussi montré que l'activité oncogénique du mutant le plus fréquent dans les néoplasmes myéloprolifératifs, celui de JAK2 (JAK2 V617F est une enzyme qui fonctionne d'une manière permanente), pourrait être spécifiquement bloquée en utilisant des protéines "diabodies" qui ciblent la partie extracellulaire des récepteurs de membrane qui lient les protéines JAK2 V617F dans leur partie intracellulaire. La liaison des diabodies sépare les deux chaînes des récepteurs dans un dimère en imposant une distance plus large que celle requise pour l'activation (Moraga et al. 2015). Enfin, le groupe a découvert que dans les néoplasmes myéloprolifératifs, les mutants pathologiques JAK2 induisent une expression génétique aberrante qui est dépendante de STAT5 et de p53. La collaboration entre STAT5 et p53 joue un rôle important dans la progression des NMP vers des leucémies aiguës myéloïdes, qui sont résistantes au traitement (Girardot et al. 2015). D’abord identifiés par Christian de Duve comme l’estomac de la cellule, les lysosomes sont à présent reconnus pour jouer un rôle central dans la signalisation intra- et extracellulaire. Une de ces fonctions est la production d’hormones thyroïdiennes. Dans deux publications, l’équipe de Pierre Courtoy et Christophe Pierreux décrypte les mécanismes de l’hypothyroïdie liée à une maladie héréditaire de surcharge lysosomiale, la cystinose, et identifie plusieurs mécanismes d’adaptation. En outre, l'équipe montre que la greffe de cellules-souches issues de la moelle osseuse corrige les dépôts de cystine, et normalise la structure et la fonction thyroïdiennes. Le mécanisme de correction est générique, c'est-à-dire susceptible d’améliorer un vaste éventail de maladies cellulaires génétiques (Gaide Chevronnay et al., 2015 et 2016). Le diabète de type 2 se caractérise par une hyperglycémie, c’est-à-dire un taux trop élevé de glucose dans le sang. C’est la forme la plus courante de diabète, qui atteint des proportions épidémiques et touche plus de 5 % de la population mondiale. Ses complications sont un enjeu majeur de santé publique tant sur le plan médical qu’économique. Cette hyperglycémie est la conséquence de plusieurs dérèglements. Parmi ceux-ci, on trouve une production excessive de glucose par le foie, sous l’effet du glucagon. Le glucagon est une hormone sécrétée par le pancréas et dont le taux est augmenté chez les diabétiques. Son action est relayée au niveau du foie par son second messager, l’AMP cyclique. L’équipe du Pr Mark Rider a démontré que l’AMPK, une protéine kinase impliquée dans le contrôle du métabolisme, s’oppose aux effets du glucagon. Ils montrent que l’activation de l’AMPK diminue le taux d’AMP cyclique dans le foie et pourrait donc contribuer à la
2
InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 diminution de la glycémie. Cette découverte offre une nouvelle interprétation de l’effet hypoglycémiant de la metformine, le médicament le plus utilisé dans le traitement du diabète, dont on sait par ailleurs qu’elle active l’AMPK. Cette étude encourage en outre la recherche d’autres molécules capables d’activer l’AMPK et de bloquer ainsi la production hépatique de glucose, permettant un meilleur contrôle de la glycémie (Johanns et al. 2016). Dans le contexte des recherches sur les anomalies vasculaires, l’équipe de Miikka Vikkula, en étroite collaboration avec Laurence Boon, coordinatrice du Centre des anomalies vasculaires des Cliniques universitaires Saint-Luc, a pu identifier un deuxième gène, PIK3CA, qui lorsqu'il est muté, donne naissance à des malformations veineuses (Limaye et al. 2015). Ce gène encode une protéine impliquée dans une voie de signalisation intracellulaire importante. La protèine TIE2, codée par le premier gène que le groupe avait identifié auparavant, utilise dans la voie de signalisation une enzyme appelée PIK3CA, ce qui implique cette voie de signalisation dans la pathophysiologie des malformations veineuses. L’équipe, avec des collaborateurs en Finlande et aux Etats-Unis, a également pu montrer que des cellules endothéliales qui contiennent les mutations de TIE2 sont capables de créer des lésions vasculaires chez la souris, ce qui a permis d’établir la premier modèle animal pour les malformations veineuses (Boscolo et al. 2015). Par la suite, les équipes ont montré que la rapamycine, un médicament déjà connu et approuvé pour d’autres indications, était capable d’arrêter la croissance des lésions chez ces souris (Boscolo et al. 2015). De plus, avec Laurence Boon, un essais clinique à petite échelle a été effectué, démontrant des effets très prometteurs chez les patients : diminution de la douleur, amélioration de la qualité de vie, augmentation de fonctionnalité des parties du corps atteintes, et diminution des anomalies de coagulation (Boscolo et al. 2015). Ceci a démontré, pour la première fois, qu’une approche médicamenteuse est envisageable pour les malformations veineuses, plus largement pour toutes les anomalies vasculaires, et peut–être pour d’autres maladies du développement. L’ensemble des travaux réalisés à l’Institut de Duve au cours de l’année 2015 va, comme chaque année, faire l’objet d’un rapport scientifique que nous vous transmettrons. Un exemplaire du dernier rapport vous a été envoyé en novembre dernier.
Références
Balligand T, Achouri Y, Pecquet C, Chachoua I, Nivarthi H, Marty C, Vainchenker W, Plo I, Kralovics R, Constantinescu SN. Pathologic activation of thrombopoietin receptor and JAK2-STAT5 pathway by frameshift mutants of mouse calreticulin. Leukemia 2016; sous presse. Boscolo E, Limaye N, Huang L, Kang KT, Soblet J, Uebelhoer M, Mendola A, Natynki M, Seront E, Dupont S, Hammer J, Legrand C, Brugnara C, Eklund L, Vikkula M, Bischoff J, Boon LM. Rapamycin improves TIE2-mutated venous malformation in murine model and human subjects. J Clin Invest 2015;125:3491-504. Chachoua I, Pecquet C, El-Khoury M, NIvarthi H, Albu RI, Marty C, Gryshkova V, Defour JP, Vertenoeil G, Ngo A, Raslova H, Courtoy PJ, Choong ML, Plo I, Vainchenker W, Kralovics R, Constantinescu SN. Thrombopoietin receptor activation by myeloproliferative neoplasm associated calreticulin mutants. Blood 2016;127:1325-35.
3
InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 Collard F, Baldin F, Gerin I, Bolsée J, Noël G, Graff, Veiga-da-Cunha M, Stroobant V, Vertommen D, Houddane A, Rider MH, Linster CL, Van Schaftingen E*, Bommer GT*. A conserved phosphatase destroys toxic glycolytic side-products in mammals and yeast. Nat Chem Biol 2016; sous presse. (*co-derniers auteurs) Diman A*, Boros J*, Poulain F, Rodriguez J, Purnelle M, Episkopou H, Bertrand L, Francaux M, Deldicque L, Decottignies A. Nuclear Respiratory Factor 1 and endurance exercise promote human telomere transcription. Sci Adv 2016; sous presse. (*copremiers auteurs) Gaide Chevronnay HP, Janssens V, Van Der Smissen P, Liao XH, Abid Y, Nevo N, Antignac C, Refetoff S, Cherqui S, Pierreux CE*, Courtoy PJ*. A mouse model suggests two mechanisms for thyroid alterations in infantile cystinosis: decreased thyroglobulin synthesis due to endoplasmic reticulum stress/unfolded protein response and impaired lysosomal processing. Endocrinology 2015;156:2349-64. (*co-derniers auteurs) Gaide Chevronnay HP, Janssens V, Van Der Smissen P, Rocca CJ, Liao XH, Refetoff S, Pierreux CE, Cherqui S, Courtoy PJ. Hematopoietic stem cells transplantation can normalize thyroid function in a cystinosis mouse model. Endocrinology 2016;15:1363-71. Gennaris A, Ezraty B, Henry C, Agrebi R, Vergnes A, Oheix E, Bos J, Leverrier P, Espinosa L, Szewczyk J, Vertommen D, Iranzo O, Collet J-F, Barras F. Repairing oxidized proteins in the bacterial envelope using respiratory chain electrons. Nature 2015;528:409-12.
Gerin I, Ury B, Breloy I, Bouchet-Seraphin C, Bolsée J, Halbout M, Graff J, Vertommen D, Muccioli GG, Seta N, Cuisset JM, Dabaj I, Quijana-Roy S, Grahn A, Van Schaftingen E, Bommer GT. ISPD produces CDP-ribitol used by FKTN and FKRP to transfer ribitol phosphate onto a-dystroglycan. Nat Commun 2016; sous presse. Girardot M, Pecquet C, Chachoua I, Van Hees J, Guibert S, Ferrant A, Knoops L, Beer PA, Giraudier S, Moriggl R, Vainchenker W, Green AR, Constantinescu SN. Persistent STAT5 activation in myeloid neoplasms recruits p53 into gene regulation. Oncogene 2015;3410:1323-32. Johanns M, Lai YC, Hsu MF, Jacobs R, Vertommen D, Van Sande J, Dumont JE, Woods A, Carling D, Hue L, Viollet B, Foretz M, Rider MH. AMPK antagonizes hepatic glucagon-stimulated cyclic AMP signalling via phosphorylation-induced activation of cyclic nucleotide phosphodiesterase 4B. Nat Commun 2016;7:10856. Limaye N, Kangas J, Mendola A, Godfraind C, Schlögel MJ, Helaers R, Eklund L, Boon LM, Vikkula M. Somatic activating pik3ca mutations cause venous malformation. Am J Hum Genet 2015;97:914-21. Marty C, Pecquet C, Nivarthi H, Elkhoury M, Chachoua I, Tulliez M, Villeval JL, Raslova H, Kralovics R, Constantinescu SN, Plo I, Vainchenker W. Calreticulin mutants in mice induce MPL-dependent thrombocytosis with frequent progression to myelofibrosis. Blood 2016;127:1317-24. Moraga I, Wernig G, Wilmes S, Gryshkova V, Richter CP, Hong WJ, Sinha R, Guo F, Fabionar H, Wehrman TS, Krutzik P, Demharter S, Plo I, Weissman IL, Minary P, Majeti R, Constantinescu SN, Piehler J, Garcia KC. Tuning cytokine receptor signaling by re-orienting dimer geometry with surrogate ligands. Cell 2015;160:1196-208.
4
InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 2. Utilisation du crédit en 2015 Pour rappel, les recherches effectuées à l’Institut de Duve sont financées principalement par divers organismes publics ou privés, qui octroient des contrats de recherche à des chercheurs individuels ou des équipes de chercheurs. Bien que représentant des montants plus faibles, les crédits obtenus par l’Institut de Duve auprès de la Loterie Nationale et de mécènes constituent un apport des plus précieux. Ils permettent de soutenir de jeunes chercheurs prometteurs, de lancer de nouveaux programmes, d’assurer la continuité des recherches entre les conventions successives, de soutenir des secteurs où les ressources sont insuffisantes, de faire face à des besoins urgents, de renforcer les liens et la communication entre les différents groupes de recherche. Au cours de l’année 2015, le crédit de 100 000 € accordé par la Loterie Nationale a été utilisé pour : - assurer la majeure partie du traitement d'un scientifique, Mustapha Amyere, spécialisé dans le séquençage de l’exome complet (WES) en utilisant le séquençage massif en parallèle. Coût : 82 000 € - financer partiellement durant 7 mois le traitement d'un chercheur post-doctoral, le Dr Xavier Cahu, qui a rejoint l'équipe du Pr Constantinescu pour étudier les syndromes myéloprolifératifs. L'objectif du projet est d'étudier la transduction du signal au sein des différentes populations hématopoïétiques composant la moelle osseuse dans les syndromes myéloprolifératifs. Coût : 18 000 €
5
InstitI Institut de Duve - demande d’un subside à la Loterie Nationale pour l’année 2016 3. Projet pour l’année 2016 Le financement sera dirigé prioritairement vers le soutien à de jeunes chercheurs au travers de bourses ou de traitements selon la philosophie énoncée plus haut. De façon générale, nous poursuivrons nos recherches dans les différents domaines couverts par l’Institut de Duve. Notre souci premier est de faire en sorte que ces recherches soient de haut niveau et très innovantes. Les différents thèmes abordés sont les suivants : •
Génétique et développement : étude des cellules souches; génétique des maladies vasculaires humaines; génétique des fentes labio-palatines; développement du foie et du pancréas; rôle de la méthylation de gènes dans le développement de cancers; réparation d’ADN et maintien des télomères; signalisation dans les cellules-souches.
•
Immunologie et hématologie : perturbation de la transduction du signal des cytokines dans la myéloprolifération médullaire et autres affections hématologiques; rôle des cytokines dans l’inflammation, l’asthme et le psoriasis; mécanisme de la persistance du virus de Theiler dans le système nerveux central et liens avec la réponse interféron de l'hôte.
•
Immunologie et génétique du cancer : identification d’antigènes de tumeur; processing d’antigènes et immunothérapie préclinique; vaccination thérapeutique chez l’homme et profilage d’expression; analyse des mécanismes en jeu dans l’immunothérapie : rejet de tumeurs chez les patients.
•
Biochimie et biologie cellulaire : études sur la réparation métabolique et identification de nouvelles maladies métaboliques; étude de la transduction de signaux intracellulaires; rôle des métalloprotéases dans le remodelage de l’endomètre en relation avec les menstruations pathologiques; rôle de microARNs dans la régulation du métabolisme.
Professeur Emile Van Schaftingen Directeur, Institut de Duve
Bruxelles, le 27 mai 2016
6
