Mécanismes d'activation de la voie lysosomale durant l'apoptose chimio-induite

Abstract

L’apoptose est une forme de mort cellulaire essentielle au développement et au maintien de l’homéostase chez les animaux multicellulaires. La machinerie apoptotiq ue requiert la participation des caspases, des protéases conservées dans l’évolution et celle des organelles cytoplasmiques. Les lysosomes subissent des ruptures partielles, labilisation de la membrane lysosomale (LML), qui entraînent l’activation des cathepsines dans le cytoplasme de cellules cancéreuses humaines en apoptose induite par la camptothecin (CPT), incluant les histiocytes humains U-937. Ces modifications lysosomales se manifestent tôt durant l’activation de l’apoptose, concomitamment avec la perméabilisation de la mitochondrie et l’activation des caspases. Une étude protéomique quantitative et comparative a permis d’identifier des changements précoces dans l’expression/localisation de protéines lysosomales de cellules U-937 en apoptose. Lors de deux expériences indépendantes, sur plus de 538 protéines lysosomales identifiées et quantifiées grâce au marquage isobarique iTRAQ et LC-ESIMS/ MS, 18 protéines augmentent et 9 diminuent dans les lysosomes purifiés de cellules en cours d’apoptose comparativement aux cellules contrôles. Les candidats validés par immuno-buvardage et microscopie confocale incluent le stérol-4-alpha-carboxylate 3- déhydrogénase, le prosaposin et la protéine kinase C delta (PKC-d). Des expériences fonctionnelles ont démontrées que la translocation de PKC-d aux lysosomes est requise pour la LML puisque la réduction de son expression par ARN interférents ou l’inhibition de son activité à l’aide du rottlerin empêche la LML lors de l’apoptose induite par la CPT. La translocation de PKC-d aux lysosomes conduit à la phosphorylation et l’activation de la sphingomyelinase acide lysosomale (ASM), et à l’accroissement subséquent du contenu en céramide (CER) à la membrane lysosomale. Cette accumulation de CER endogène aux lysosomes est un évènement critique pour la LML induite par la CPT car l’inhibition de l’activité de PKC-d ou de ASM diminue la formation de CER et la LML.Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel la PKC-d active l’ASM qui conduit à son tour à l’accumulation de CER à la membrane lysosomale et déclenche la LML et l’activation de la voie lysosomale de l’apoptose induite par la CPT. En somme, ce mécanisme confirme l’importance du métabolisme des sphingolipides dans l’activation de la voie lysosomale de l’apoptose.

Apoptosis is a distinct form of regulated cell death which is essential for the development and homeostasis maintenance of multicellular animals. Apoptosis is an evolutionary conserved process involving a specific molecular pathway, known as the caspase cascade, and the different cytoplasmic organelles. A lysosomal pathway, characterized by partial rupture, labilization of lysosomal membranes (LML), and cathepsin activation in the cytoplasm, is evoked during camptothecin-induced apoptosis in human cancer cells, including human histiocytic lymphoma U-937 cells. These lysosomal events begin rapidly and simultaneously with mitochondrial permeabilization and caspase activation within 3 h after drug treatment. Comparative and quantitative proteome analyses were performed to identify early changes in lysosomal protein expression/localization from U-937 cells undergoing apoptosis. In two independent experiments, among a total of more than 538 proteins putatively identified and quantitated by iTRAQ isobaric labelling and LC-ESI-MS/MS, 18 proteins were found to be upregulated and 9 downregulated in lysosomes purified from early apoptotic compared to control cells. Protein expression was validated by Western blotting on enriched lysosome fractions, and protein localization confirmed by fluorescence confocal microscopy of representative protein candidates, whose functions are associated with lysosomal membrane fluidity and dynamics. These include sterol-4-alpha-carboxylate 3-dehydrogenase (NSDHL), prosaposin (PSAP) and protein kinase C delta (PKC-d). Functional experiments demonstrate that PKC-d translocation to lysosomes is required for LML, as silencing its expression with RNA interference or suppressing its activity with the inhibitor rottlerin prevents CPT-induced LLM. PKC-d translocation to lysosomes is associated with lysosomal acidic sphingomyelinase (ASM) phosphorylation and activation, which in turn leads to an increase of ceramide (CER) content at lysosomes. The accumulation of endogenous CER at lysosomes is a critical event for CPT-induced LLM as suppressing PKC-d or ASM activity reduces both CPT-mediated CER generation at lysosomes and CPT-induced LLM.These findings reveal a novel mechanism by which PKC-d mediates ASM phosphorylation/activation and CER accumulation at lysosomes in CPT-induced LLM, rapidly activating the lysosomal pathway of apoptosis after CPT treatment. Taken together, these results confirm the importance of sphingolipid metabolism in the activation of the lysosomal pathway of apoptosis.