vignette|Représentation 3D d'un fragment (de 31 acides aminés), bien replié, provenant du début de la granuline A humaine.
La est une protéine codée chez l'humain par le gène GRN.... Chaque molécule de granuline est clivée à partir d'une protéine : la progranuline, précurseur composé de 593 acides aminés et d'une masse moléculaire de 68,5 kDa.. Bien que les fonctions précises de la progranuline et de la granuline restent à déterminer, on sait que ces deux formes de cette protéine sont impliquées dans le développement, l'inflammation, la prolifération cellulaire et l'homéostasie protéique. La découverte en 2006 d'une mutation du gène GRN chez des patients atteints de démence fronto-temporale a stimulé de nombreuses recherches visant à élucider la fonction et le rôle de la progranuline dans les maladies. Malgré un nombre croissant d'études sur le rôle de la progranuline dans l'organisme, les recherches portant sur des résidus spécifiques de la granuline sont encore limitées.
Progranuline Le clivage de cette protéine précurseur de la granuline produit divers peptides de granuline actifs de . Ces produits de clivage plus petits sont nommés granuline A, granuline B, granuline C Les épithélines 1 et 2 sont synonymes des granulines A et B, respectivement. Le clivage de la progranuline en granuline a lieu soit dans la matrice extracellulaire, soit dans le lysosome. L'élastase, la protéinase 3 et les métalloprotéinases matricielles sont des protéases capables de cliver la progranuline en peptides de granuline individuels.. La progranuline et la granuline peuvent être différenciées par leurs rôles supposés opposés dans la cellule. Alors que la progranuline est anti-inflammatoire, les peptides de granuline clivés sont au contraire pro-inflammatoires. Une étude menée sur Caenorhabditis elegans a montré que les peptides de granuline pourraient aussi être toxiques.
Expression La progranuline est exprimée dans une grande variété de types cellulaires, tant en périphérie que dans le système nerveux central. Son expression est faible lors du développement précoce, et augmente avec la maturation cellulaire.. Parmi les types cellulaires exprimant la progranuline figurent les neurones, la microglie, les astrocytes et les cellules endothéliales.. La progranuline est fortement exprimée dans la microglie et son expression est augmentée lors de lésions. Dans le cerveau, l'ARNm de la progranuline est fortement exprimé dans les cellules pyramidales, hippocampiques et de Purkinje.
Structure Chaque peptide du domaine granuline est composé de 60 acides aminés. Les peptides de granuline sont riches en cystéine et capables de former 6 ponts disulfure par résidu. Ces ponts disulfure forment un noyau central en forme de bâtonnet qui positionne chaque peptide de granuline selon une structure en feuillet β empilé. La structure de la protéine granuline est similaire à celle de protéines appartenant de familles comprenant des hormones, des facteurs de croissance, des modulateurs de canaux ioniques et des inhibiteurs enzymatiques. Ces similarités structurales ont poussé la Recherche à explorer un possible rôle de facteur de croissance. Quand elle est sécrétée dans la matrice extracellulaire, la progranuline est souvent glycosylée sur quatre sites de N-glycosylation confirmés et un site présumé. On suppose que l'extrémité N-terminale de la progranuline est impliquée dans sa sécrétion via des vésicules sécrétoires. Plus précisément, la progranuline pourrait être impliquée dans la régulation de l'excrétion des exosomes.. On suppose que l'extrémité C-terminale de la progranuline est le principal partenaire de liaison de SORT1, un récepteur de la progranuline extracellulaire.. Les différences structurales entre les différents peptides de granuline restent à caractériser.
Partenaires en interaction Dans la matrice extracellulaire, la progranuline se lie à des récepteurs présents sur plusieurs types cellulaires, ce qui entraîne soit l'activation d'une voie de transduction du signal, soit son internalisation. Plusieurs études ont démontré l'implication de la progranuline dans la liaison à SORT1 et le transport subséquent de la progranuline liée vers le lysosome. L'une a montré que la progranuline pourrait effectivement intervenir dans le transport de la prosaposine vers le lysosome via SORT1.. Mais l'absence de SORT1 n'empêche pas la progranuline exogène de favoriser la croissance des neurites ni d'améliorer la survie des cellules GRN KO, ce qui suggère que d'autres récepteurs sont impliqués dans la fonction extracellulaire de la progranuline.. Par exemple, les cellules neuronales SORT1 -/- sont toujours capables de se lier à la progranuline. Des études ont suggéré que le facteur de nécrose tumorale et le récepteur EPH A2 pourraient faciliter la liaison de la progranuline. Après sa liaison au récepteur, la progranuline peut induire et moduler des voies de signalisation telles que MAPK/ERK, PI3K/Akt et FAK. L'analyse d'enrichissement en ontologie génique révèle une association entre la progranuline et la signalisation du récepteur Notch. Il est aussi démontré que la granuline interagit avec la cycline T1. et TRIB3..
Fonctions
Développement Bien que l'expression de la progranuline augmente avec la maturation cellulaire, celle-ci reste impliquée dans le développement de plusieurs types cellulaires. La progranuline est considérée comme un facteur neurotrophique impliqué dans la corticogenèse. Les lignées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) porteuses de la mutation GRN présentent une diminution de leur capacité de différenciation neuronale corticale.. Chez la souris, la progranuline semble contribuer à la régulation du développement précoce du tissu cérébelleux, en sélectionnant les fibres grimpantes individuelles lors de leur intersection avec les cellules de Purkinje et de la formation de synapses.. Et plusieurs études impliquent la progranuline dans l'élagage synaptique, un processus microglial actif au cours du développement du réseau neuronal.. Les cytokines, un marqueur neuronal de l'élimination des synapses, sont surexprimées dans les neurones porteurs de la mutation GRN. L'augmentation du marquage par les cytokines entraîne une augmentation de la densité et de l'activité microgliales autour des synapses. La progranuline pourrait aussi être impliquée dans la détermination du sexe au cours du développement embryonnaire.
Inflammation et cicatrisation des plaies Les taux de progranuline augmentent avec l'inflammation tissulaire : après une lésion, les kératinocytes, les macrophages et les neutrophiles accroissent la production de progranuline. Les neutrophiles sécrètent de l'élastase dans la matrice extracellulaire, enzyme capable de cliver la progranuline en peptides de granuline, lesquels favorisent l'inflammation. Les SLPI, inhibiteurs de l'élastase, sont aussi libérés par les neutrophiles et les macrophages pour moduler le clivage (c'est-à-dire la coupure contrôlée de la protéine en fragments par une enzyme) de la progranuline. L'ajout de granuline B à des cellules épithéliales en culture induit la sécrétion d'IL-8, une molécule qui attire les monocytes et les neutrophiles, ce qui suggère l'implication des peptides de granuline dans la promotion de l'inflammation. L'ajout de SLPI et de progranuline exogènes atténue la réponse inflammatoire exacerbée chez les souris incapables d'inhiber le clivage de la progranuline.
Prolifération cellulaire La progranuline est fortement exprimée dans les cellules à forte prolifération. Des études suggèrent son implication dans la tumorigénèse et la croissance neuronale. La progranuline favorise la mitogenèse dans les cultures épithéliales. La prolifération de deux lignées épithéliales cultivées dans un milieu contenant de la PGRN recombinante est stimulée. L'inactivation des deux homologues de la progranuline chez le poisson-zèbre réduit la croissance axonale. Dans les neurones corticaux et moteurs primaires, la progranuline régule la croissance et la survie neuronales. Dans les neurones moteurs primaires, il a été démontré que la progranuline augmente la croissance des neurites en régulant la glycogène synthase kinase-3 bêta. La progranuline pourrait agir comme facteur de croissance autocrine dans la tumorigénèse.
Fonction lysosomale Pour rappel : dans le système de recyclage intracellulaire, le lysosome est un petit compartiment contenant des enzymes capables de décomposer et digérer des molécules usées, des débris cellulaires ou des éléments à éliminer. La découverte d'une mutation du gène GRN à l'origine de la maladie de surcharge lysosomale a conduit à de nombreuses études explorant le rôle de la progranuline dans la régulation de l'homéostasie protéique via la voie lysosomale. Une étude d'interférence génique transcriptionnelle suggère que la progranuline est fortement impliquée dans la fonction et l'organisation lysosomales.. Des études d'imagerie ont montré une colocalisation de la progranuline et du marqueur lysosomal LAMP-1. L'expression de la progranuline est régulée par le TFEB, un facteur de transcription qui module l'expression des protéines impliquées dans la biosynthèse lysosomale. La progranuline pourrait être impliquée dans la régulation de l'activité des protéases. Parmi les protéases potentiellement régulées par la progranuline figurent la prosaposine, clivée en peptides de saposine dans le lysosome, et la cathepsine D, principale protéase impliquée dans la dégradation des agrégats protéiques. La mutation GRN partage une neuropathologie et un phénotype clinique similaires avec les mutations CHMP2B et VCP, des gènes qui sont tous deux impliqués dans le trafic et la dégradation des protéines impliquées dans la fonction lysosomale.
Signification clinique
Démence frontotemporale La mutation hétérozygote du gène GRN, à l'origine d'une haploinsuffisance de la progranuline, est responsable de la démence fronto-temporale (liée au chromosome 17, seconde cause la plus fréquente de démence chez les moins de 65 ans, avec dans 35–50 % des cas des antécédents familiaux de démence chez les patients touchés).... Ces mutations comprennent des décalages du cadre de lecture, des mutations de sites d'épissage, des mutations du peptide signal non-sens, des altérations de la séquence de Kozak et des mutations faux-sens, qui entraînent soit une dégradation de l'ARNm par le mécanisme de dégradation des ARNm non-sens, soit la production d'une protéine non fonctionnelle. Les patients atteints de DFT liée au gène GRN (DFT-GRN) présentent une atrophie cérébrale asymétrique. Cependant, l'âge d'apparition, la progression de la maladie et les symptômes cliniques varient, suggérant l'implication d'autres facteurs génétiques ou environnementaux dans l'expression de la maladie. Les indicateurs pathologiques comprennent des dépôts d'ubiquitine cytosolique enrichis en protéine de liaison à l'ADN TAR 43 (TDP-43) hyperphosphorylée, des agrégats de protéines liées à l'autophagie, la protéine de liaison à l'ubiquitine p62, des inclusions intranucléaires lenticulaires, des neurites dystrophiques et une inflammation. On montre en 2012 que qu'un déficit en progranuline fait que certaines cellules immunitaires du cerveau deviennent trop réactives et libèrent davantage de substances inflammatoires, ce qui rend les neurones plus vulnérables et plus susceptibles de mourir après une lésion..