Group X secreted phospholipase A2: proteolytic maturation and functional roles
La phospholipase A2 sécrétée de groupe X : Maturation protéolytique et rôles fonctionnels
Résumé
The superfamily of phospholipase A2 currently consists of at least eleven secreted phospholipases A2 (sPLA2s) and twelve intracellular phospholipases A2. These proteins catalyze the hydrolysis of phospholipids at the sn-2 position, releasing free fatty acids and lysophospholipids. Furthermore, phospholipase A2 controls the production of a variety of lipid mediators which are important for multiple cellular functions in various physiological or physiopathological contexts such as inflammatory diseases and cancer. Group X sPLA2 was cloned in 1997 and have peculiar molecular properties. sPLA2-X has the most potent hydrolyzing activity toward phosphatidylcholine and is involved in arachidonic acid (AA) release. sPLA2-X is produced as a proenzyme and has a propeptide of 11 amino acids ending with a dibasic motif. The cellular location and the protease(s) involved in proenzyme conversion have remained unclear. The work of this thesis has allowed to better define the way by which the maturation of group X sPLA2 can be made and how this sPLA2 functions at both physiological and physiopathological levels. Our in vitro studies with recombinant group X proenzymes and transfected cells (HEK293) have shown that a furin-like protease plays a major role in the activation of the enzyme during its secretion. Our work also suggests that the removal of the propeptide can also occur via other proteases and extracellularly as found when using the human colon cancer cell line LOVO as a cellular model. We also studied the maturation of sPLA2-X in mouse tissues in various physiological and physiopathological conditions. Of note, we found that sPLA2-X is stored in large amount and likely in an active form in the acrosome of mouse sperm cells. Finally we discovered a human polymorphism in the propeptide sequence mutating Arg-38 into cysteine and leading to the secretion of an inactive protein that is rapidly degraded after synthesis. In the second part of this thesis, we have shown that the active form of sPLA2-X, but not its proenzyme is able i) to stimulate the proliferation of various mouse colon cell lines, including Colon-26 cancer cells, ii) to protect human red blood cells from infection by P. falciparum, the parasite of malaria, and iii) to control the acrosomal reaction of mouse sperm during capacitation with an important impact on the outcome of in vitro fertilization.
Les phospholipases A2 constituent une superfamille de protéines comprenant au moins onze phospholipases A2 sécrétées (sPLA2) et douze phospholipases A2 intracellulaires. Ces protéines catalysent l'hydrolyse des phospholipides en position sn-2, libérant un acide gras et un lysophospholipide. Elles contrôlent ainsi la production d'une variété de médiateurs lipidiques qui sont importants pour de multiples fonctions cellulaires dans différents contextes physiologiques ou physiopathologiques (maladies inflammatoires et cancer). La sPLA2 de groupe X a été clonée au laboratoire en 1997 et possède des propriétés moléculaires uniques. Son ARN messager est présent dans différents tissus, mais semble peu régulé par des stimuli proinflammatoires. L'enzyme est unique dans sa capacité à libérer des médiateurs lipidiques à partir des phospholipides cellulaires ou des lipoprotéines et possède aussi des propriétés antimicrobiennes variées. Un élément clé de la régulation fonctionnelle de la sPLA2 de groupe X est vraisemblablement lié à la présence d'un propeptide dans sa partie N-terminale. Le lieu de la maturation protéolytique de la sPLA2 de groupe X (dans la cellule avant sécrétion ou à l'extérieur après sécrétion du proenzyme), les protéases impliquées et la régulation de cette maturation dans des conditions physiologiques ou physiopathologiques sont inconnus. Le travail de cette thèse a permis de mieux comprendre comment peut s'effectuer la maturation de la sPLA2 de groupe X et quels sont ses rôles physiologiques et physiopathologiques. Concernant la maturation, nos études in vitro sur protéines purifiées et en cellules transfectées (HEK293) ont permis de montrer qu'une protéase de type furine contribue de façon majeure à l'activation de l'enzyme, vraisemblablement au cours de sa sécrétion. Nos travaux suggèrent aussi qu'une maturation est possible par d'autres protéases et dans le milieu extracellulaire comme par exemple dans les cellules LOVO. Nous avons aussi tenté de mettre en évidence cette maturation dans des tissus murins dans certaines conditions physiologiques et physiopathologiques. Nous avons notamment trouvé que la sPLA2-X était la sPLA2 majeure présente dans l'acrosome des spermatozoïdes. Enfin nous avons observé un polymorphisme présent dans le propeptide de la sPLA2 humaine qui conduit à la formation d'une protéine inactive et rapidement dégradée. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons montré que la forme active de la sPLA2 de groupe X, mais pas son proenzyme était capable i) de stimuler la prolifération cellulaire dans un contexte de cancer colorectal, ii) d'exercer une action toxique contre le parasite de la malaria P.falciparum lors de l'infection de globules rouges humains, et iii) de contrôler la réaction acrosomique des spermatozoïdes de souris, avec un impact important sur le taux de fécondité dans des tests de fécondation in vitro.