The Transcription Factor Function of Parkin: Breaking the Dogma

PRKN (PARK2) is a key gene involved in both familial and sporadic Parkinson’s disease that encodes parkin (PK). Since its discovery by the end of the 90s, both functional and more recently, structural studies led to a consensual view of PK as an E3 ligase only. It is generally considered that this function conditions the cellular load of a subset of cytosolic proteins prone to proteasomal degradation and that a loss of E3 ligase function triggers an accumulation of potentially toxic substrates and, consequently, a neuronal loss. Furthermore, PK molecular interplay with PTEN-induced kinase 1 (PINK1), a serine threonine kinase also involved in recessive cases of Parkinson’s disease, is considered to underlie the mitophagy process. Thus, since mitochondrial homeostasis significantly governs cell health, there is a huge interest of the scientific community centered on PK function. In 2009, we have demonstrated that PK could also act as a transcription factor (TF) and induces neuroprotection via the downregulation of the pro-apoptotic and tumor suppressor factor, p53. Importantly, the DNA-binding properties of PK and its nuclear localization suggested an important role in the control of several genes. The duality of PK subcellular localization and of its associated ubiquitin ligase and TF functions suggests that PK could behave as a key molecular modulator of various physiological cellular signaling pathways that could be disrupted in pathological contexts. Here, we update the current knowledge on PK direct and indirect TF-mediated control of gene expression

The transcription factor EB reduces the intraneuronal accumulation of the beta-secretase-derived APP fragment C99 in cellular and mouse Alzheimer’s disease models

Brains that are affected by Alzheimer’s disease (AD) are characterized by the overload of extracellular amyloid β (Aβ) peptides, but recent data from cellular and animal models propose that Aβ deposition is preceded by intraneuronal accumulation of the direct precursor of Aβ, C99. These studies indicate that C99 accumulation firstly occurs within endosomal and lysosomal compartments and that it contributes to early-stage AD-related endosomal-lysosomal-autophagic defects. Our previous work also suggests that C99 accumulation itself could be a consequence of defective lysosomal-autophagic degradation. Thus, in the present study, we analyzed the influence of the overexpression of the transcription factor EB (TFEB), a master regulator of autophagy and lysosome biogenesis, on C99 accumulation occurring in both AD cellular models and in the triple-transgenic mouse model (3xTgAD). In the in vivo experiments, TFEB overexpression was induced via adeno-associated viruses (AAVs), which were injected either into the cerebral ventricles of newborn mice or administrated at later stages (3 months of age) by stereotaxic injection into the subiculum. In both cells and the 3xTgAD mouse model, exogenous TFEB strongly reduced C99 load and concomitantly increased the levels of many lysosomal and autophagic proteins, including cathepsins, key proteases involved in C99 degradation. Our data indicate that TFEB activation is a relevant strategy to prevent the accumulation of this early neurotoxic catabolite

Transcription- and phosphorylation-dependent control of a functional interplay between XBP1s and PINK1 governs mitophagy and potentially impacts Parkinson disease pathophysiology

© 2021 The Author(s). Published by Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/), which permits non-commercial re-use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited, and is not altered, transformed, or built upon in any way.Parkinson disease (PD)-affected brains show consistent endoplasmic reticulum (ER) stress and mitophagic dysfunctions. The mechanisms underlying these perturbations and how they are directly linked remain a matter of questions. XBP1 is a transcription factor activated upon ER stress after unconventional splicing by the nuclease ERN1/IREα thereby yielding XBP1s, whereas PINK1 is a kinase considered as the sensor of mitochondrial physiology and a master gatekeeper of mitophagy process. We showed that XBP1s transactivates PINK1 in human cells, primary cultured neurons and mice brain, and triggered a pro-mitophagic phenotype that was fully dependent of endogenous PINK1. We also unraveled a PINK1-dependent phosphorylation of XBP1s that conditioned its nuclear localization and thereby, governed its transcriptional activity. PINK1-induced XBP1s phosphorylation occurred at residues reminiscent of, and correlated to, those phosphorylated in substantia nigra of sporadic PD-affected brains. Overall, our study delineated a functional loop between XBP1s and PINK1 governing mitophagy that was disrupted in PD condition.Abbreviations: 6OHDA: 6-hydroxydopamine; baf: bafilomycin A1; BECN1: beclin 1; CALCOCO2/NDP52: calcium binding and coiled-coil domain 2; CASP3: caspase 3; CCCP: carbonyl cyanide chlorophenylhydrazone; COX8A: cytochrome c oxidase subunit 8A; DDIT3/CHOP: DNA damage inducible transcript 3; EGFP: enhanced green fluorescent protein; ER: endoplasmic reticulum; ERN1/IRE1α: endoplasmic reticulum to nucleus signaling 1; FACS: fluorescence-activated cell sorting; HSPD1/HSP60: heat shock protein family D (Hsp60) member 1; MAP1LC3/LC3: microtubule associated protein 1 light chain 3; MFN2: mitofusin 2; OPTN: optineurin; PD: Parkinson disease; PINK1: PTEN-induced kinase 1; PCR: polymerase chain reaction:; PRKN: parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase; XBP1s [p-S61A]: XBP1s phosphorylated at serine 61; XBP1s [p-T48A]: XBP1s phosphorylated at threonine 48; shRNA: short hairpin RNA, SQSTM1/p62: sequestosome 1; TIMM23: translocase of inner mitochondrial membrane 23; TM: tunicamycin; TMRM: tetramethyl rhodamine methylester; TOMM20: translocase of outer mitochondrial membrane 20; Toy: toyocamycin; TP: thapsigargin; UB: ubiquitin; UB (S65): ubiquitin phosphorylated at serine 65; UPR: unfolded protein response, XBP1: X-box binding protein 1; XBP1s: spliced X-box binding protein 1.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Production et catabolisme des peptides amyloïdes dans la maladie d’Alzheimer

Les plaques séniles qui envahissent les aires corticales et sub-corticales des cerveaux affectés par la maladie d’Alzheimer (MA) sont essentiellement composées d’une variété de peptides hydrophobes agrégés appelés peptides amyloïdes (Aβ). Ces peptides dérivent de la protéolyse d’un précurseur transmembranaire, la βAPP qui subit deux coupures subséquentes par les β- et γ-sécrétases. Une autre enzyme appelée α-sécrétase coupe la βAPP au milieu du domaine amyloïde et prévient donc leur formation. Quand ils sont produits, les peptides amyloïdes peuvent être dégradés par plusieurs peptidases, notamment l’enzyme de dégradation de l’insuline et la néprilysine ou subir une biotransformation, qui impliquent une troncation N-terminale par des exopeptidases, suivie par la cyclisation du glutamate en position 3. Nous décrirons ici la nature des différentes activités protéolytiques sus-citées en discutant brièvement leurs avantages et leurs inconvénients en tant que cibles thérapeutiques pour la MA

La protéine prion (maturation protéolytique, dégradation et mort cellulaire, quels dénominateurs communs à d'autres maladies neurodégénératives ?)

Les maladies à prions touchent l'homme et l'animal. Ces syndromes neurodégénératifs extremement rares peuvent avoir une origine sporadique ou génétique. Pourtant, eu égard au risque de transmission iatrogène et à la forte présomption de transmission infectieuse entre mammifères, ces pathologies sont devenues un problème de santé publique. Les maladies à prions ou encéphalopathies subaiguës spongiformes transmissibles sont toutes induites par un agent transmissible non conventionnel nommé prion (abréviation de proteinaceous infectious particle) dont l'élément fondamental et majoritaire est une protéine ubiquiste, la protéine PrP. Les fonctions physiologiques de la PrP et ses rôles éventuels dans les mécanismes pathologiques menant à la neurodégénérescence sont inconnus. Nous avons étudié l'origine et les régulations du processus de clivage de la PrP. Nous en avons déterminé les enzymes responsables. Nous avons établi que la PrP augmentait la sensibilité de la cellule à la mort cellulaire programmée. Selon son taux d'expression et sa distribution, la PrP a la capacité de moduler les taux d'expression d'acteurs majeurs du cycle cellulaire et de l'apoptose. Enfin, nous avons établi que les voies apoptotiques stimulées par la PrP sont aussi impliquées dans les maladies d'Alzheimer et de Parkinson, par l'intermédiaire de la préséniline 2 et de l'a-synucléine mutée, deux protéines centrales de ces pathologies neurodégénératives. Des voies de transductions communes menant à la neurodégénérescence peuvent donc être envisagées.Prion diseases target humans and animals. They are characterized by a rare neurodegenerative syndrom of mainly sporadic or genetic origin. However, the risk of iatrogen or infectious transmission made these diseases be a public health problem. Prion diseases or transmissible spongiform encephalopathies are caused by an unconventional transmissible agent called prion (an anagram for proteinaceous infectious particle) mainly composed of an ubiquitous protein called PrP. Physiological functions of PrP and its possible role in the pathological process are still unknown. We have studied the origin and the regulations of the processing of PrP. We have determined the enzymes involved in it. Moreover, we have established that PrP sensitizes cells to apoptotic stimuli. Depending on its expression level and its distribution, PrP can modulate the quantity and the activity of major actors of cell cycle and apoptosis. At last, we have established that the apoptotic pathways stimulated by PrP are also involved in Alzheimer's and Parkinson's diseases by presenilin 2 and mutated a-synuclein, two central proteins of these neurodegenerative diseases. Common transduction pathways triggering neurodegeneration are being intended.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Étude de la production et de la dégradation du peptide amyloïde dans la maladie d'Alzheimer

La maturation amyloïdogène de la béta-APP fait intervenir séquentiellement deux activités enzymatiques appelées sécrétase : la béta- puis la gamma-sécrétase. La gamma-sécrétase dépendante des présénilines est un complexe multi protéique composé d au moins quatre partenaires : Aph-1, Pen-2, la nicastrine et les présénilines 1 ou 2. Ces présénilines sont clivées par une présénilinase qui génère deux fragments qui appariés en hétérodimère sont la forme active au sein du complexe. La gamma-sécrétase est impliquée dans la protéolyse de nombreux substrats mais sa nature reste très discutée. Une première partie de cette thèse porte sur la production du peptide amyloïde. Trois nouveaux dosages enzymatiques ont permis de répondre à plusieurs questions : l activité gamma-sécrétase est-elle portée par plusieurs enzymes, dépendantes ou indépendantes des présénilines ? Les activités gamma- et epsilon-sécrétases sont-elles portées par une seule enzyme ? L activité epsilon-sécrétase qui clive Notch est-elle identique à celle coupant la béta-APP ? Un deuxième aspect concerne la dégradation du peptide amyloïde et en particulier les modifications de son extrémité N-terminale. Dans lecadre de cette étude, j ai pu démontrer l implication de l aminopeptidase A (APP) dans la dégradation de l extrémité N-terminale du peptide amyloïde grâce à des inhibiteurs spécifiques et un essai gamma-sécrétase in vitro. Nous disposons d un inhibiteur d APA sous forme de pro-drogue active in vivo. Aussi, grâce à des souris transgéniques alzheimerisées nous pourrons confirmer ces résultats et déterminer l impact d un traitement ciblant l APA sur le développement de la pathologie.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

La voie amyloïdogénique pathogène dans la maladie d'Alzheimer (étude de la contribution du domaine intracellulaire de la protéine bAPP (AICD))

L hypothèse de la cascade amyloïde de la maladie d Alzheimer stipule qu un déséquilibre entre la production et la dégradation du peptide amyloïde (A beta) est à l origine du processus pathogène. Le peptide A beta trouve son origine par la voie de maturation de la beta APP : la voie amyloïdogénique consiste en un clivage par la beta-sécrétase qui engendre le peptide C99, en opposition à la voie non-amyloïdogénique consiste en une coupure par une alpha-sécrétase, générant le fragment membranaire C83. Ces 2 fragments subissent un clivage intra-membranaire par le complexe gamma-sécrétase libérant respectivement A beta et le peptide p3 ainsi qu'un peptide commun AICD qui pourrait, par ces propriétés transcriptionnelles, être pathogène. Mon sujet de cette thèse consiste en l étude de la production du peptide AICD à partir de la voie amyloïdogénique et non amyloïdogénique. Dans un premier temps, nous avons réalisé un dosage gamma-sécrétase in vitro, soit en utilisant les peptides recombinants C100 et C84, homologues des fragments C99 et C83, soit en utilisant des membranes de cellules surexprimant C99 ou C83. Nous montrons qu AICD est produit préférentiellement à partir des fragments C99. Nous avons mis en évidence que C99 pouvait être converti en fragment C83 et nous avons établi que C83, produit à partir de C99, n était pas essentiel à la formation du peptide AICD. Dans un second temps, par l utilisation de souris 3XTg AD, nous avons mis en évidence que les peptides C99, A beta, AICD sont produits de manière dépendante de l âge. Ces données suggèrent que le peptide AICD est produit préférentiellement à partir de la voie amyloïdogénique.Amyloid cascade states that imbalance of A beta production/degradation initiate Alzheimer s disease. A beta provide from amyloidogenic pathway of APP: amyloidogenic pathway consists to beta-secretase cleavage generating C99 anchored membrane, whereas non-amylodogenic pathway consists to alpha secretase cleavage generating C83 anchored membrane.C99 and C83-stubs are subjects to gamma-secretase cleavage that released A beta and p3 respectively, and produced common cytosolic AICD that could be pathogenic. My thesis aim is to study if AICD production depended to APP processing pathway. In a first time, we performed a gamma-secretase assay using recombinant substrates C100/C84, homologous C99/C83-stub, or using membranes of cell C99/C83-overexpressing. We show that AICD is produced preferentially from C99-stub. We have show that C99 could be converted to C83-stub, but C83, derived from C99, was not essential to AICD production. In a second time, using 3XTg AD mice, we show that C99, A beta and AICD are produced in age-dependent manner. These data suggest that AICD is produced from amyloidogenic pathway.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Le complexe gamma-secrétase et la mort cellulaire par apoptose (implication dans la maladie d'Alzheimer)

La maladie d'Alzheimer se caractérise par des dégénérescences neurofibrillaires, des plaques séniles et une mort cellulaire neuronale massive. Les plaques séniles sont constituées par l'agrégation du peptide amyloïde, formé suite au clivage de la bAPP, par deux activités enzymatiques, nommées b- et g-secrétases. L'activité g-secrétase est portée par un complexe protéique composé au minimum par une préséniline (PS), la nicastrine (NCT), Aph-1 et Pen-2. L'absence de l'une d'entre elles induit l'inhibition de l'activité g-secrétase. Nous avons examiné les processus de dégradation des protéines Aph-1 et Pen-2, ainsi que leur rôle dans la régulation de la mort neuronale. Nous montrons que ces deux protéines, ainsi que la NCT, réduisent la sensibilité des neurones à l'apoptose, en inhibant l'activité de la caspase-3. Ces phénomènes sont contrôlés par p53, dont l'expression est régulée par la NCT, Aph-1 et Pen-2. Cependant, ces protéines n'engagent pas la même voie de signalisation. La fonction protectrice d'Aph-1 et de Pen-2 requiert l'intégrité du complexe g-secrétase, mais pas son activité, tandis que celle de la NCT est indépendante du complexe. Nous avons examiné la régulation transcriptionnelle de Pen-2 et des PS. Nous montrons que le lien existant entre p53 et Pen-2 n'est pas unidirectionnel. La transcription de p53 est régulée par le fragment AICD issu du clivage de la bAPP. Nous montrons qu'AICD et p53 potentialisent la transcription de Pen-2. De plus, Pen-2 intervient également dans le contrôle transcriptionnel des présénilines, soulignant qu'une modulation de l'expression d'un membre du complexe peut influencer l'expression des autres membres.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF