Abstract FAP52 (focal adhesion protein, 52 kDa) is a focal adhesion-associated protein composed of a highly α-helical NH2-terminus containing a poorly characterized FCH (Fes/CIP4 homology) domain, unstructured linker region and the COOH-terminal SH3 domain. FAP52 is also known as PACSIN 2 or syndapin II. Together with other PACSINs and syndapins FAP52 shares a common domain architecture. The aim of this study was to characterize FAP52 in structural and functional terms. The function was pursued by identifying binding partners for FAP52, and by overexpressing the recombinant FAP52 in cultured cells. For the structural studies, various physico-chemical methods, such as chemical cross-linking, gel filtration chromatography, circular dichroism and X-ray crystallography were applied. In addition, the histological distribution of FAP52 in chicken tissues was explored. FAP52 binds filamin, a protein that regulates the dynamics of the cytoskeleton by crosslinking actin filaments. The binding site in FAP52 was mapped to the NH2-terminal 184 amino acids, of which the residues 146–184 form the core of the binding. In filamin, the binding site resides in the repeats 15–16 in the rod-like molecule encompassing 24 such repetitive domains. Overexpression of FAP52 or its filamin-binding domain in chicken embryo heart fibroblasts induced the formation of filopodial extensions on the cell surface and reduced the number of focal adhesions, suggesting a role in the organization of the cellular cytoskeleton and in cell adhesion machinery. Experiments utilizing surface plasmon resonance analysis, size exclusion chromatography and chemical cross-linking showed that FAP52 self-associates in vitro and in vivo. The region responsible for the self-association was mapped to the amino acids 146–280, which is predicted to fold into a coiled-coil arrangement. FAP52 was crystallized by using the hanging-drop vapor-diffusion method and ammonium sulfate grid screen. Native dataset was collected from two crystals, which diffracted to 2.8 Å and 2.1 Å resolution. For one form of crystals, phasing was performed using the native dataset and the datasets from two xenon-derivatized crystals. X-ray crystallography studies revealed a dimer in asymmetric unit. Histological and in vitro studies showed that, in liver, FAP52 is preferentially expressed in bile canaliculi. In other tissues, FAP52 showed a specific staining pattern in gut, kidney, brain and gizzard. Together, these data show that FAP52 self-associates in vivo and, probably via its interaction with its binding partner filamin, participates in the organization of the cytoskeletal architecture, especially of the cell surface protrusions, such as filopodia and microvilli of bile canaliculi.

La cholestase intrahépatique représente environ 40% des lésions hépatiques induites par les médicaments et se caractérise par une accumulation intracellulaire des acides biliaires (AB). Les mécanismes impliqués sont encore mal connus et sa prédiction reste difficile. Le but de ce travail était de caractériser dans la cholestase d’origine médicamenteuse et de développer des méthodes de screening pour sa prédiction précoce, en utilisant la lignée humaine hépatique HepaRG et les hépatocytes humains. Tout d’abord, nous avons démontré que la motilité des canalicules biliaires (CB) est indispensable à la clairance des AB et requiert une alternance de phosphorylation/déphosphorylation de la chaine légère de la myosine (MLC), contrôlé par la voie Rho-kinase/Myosin Light Chain Kinase (ROCK/MLCK). Nous avons ensuite montré pour la première fois que les médicaments cholestatiques altèrent la voie ROCK/MLCK/MLC et la dynamique des CB. En utilisant la famille des antibiotiques résistant à la pénicillinase, dont fait partie la flucloxacilline, responsable de nombreux cas de cholestase, nous avons observé que la dérégulation de ROCK pouvait se faire par activation de HSP27, associée aux voies de signalisation PKC/P38 et PI3K/AKT. Enfin, nous avons montré une capacité variable des médicaments cholestatiques à moduler les profils des AB. En effet, les médicaments cholestatiques majeurs induisent une accumulation préférentielle des AB hydrophobes toxiques, in vitro, dans les premières 24h, qui résulte d’une inhibition de leur amidation. Au total, l’ensemble du travail a permis de progresser dans la compréhension des mécanismes impliqués dans la cholestase d’origine médicamenteuse et de mettre en évidence de nouveaux biomarqueurs utiles pour sa prédiction. / Intrahepatic cholestasis represents around 40% of drug-induced liver injuries and is characterized by intracellular accumulation of bile acids (BA); mechanisms involved and its accurate prediction remains challenging. The aim of the current work was to characterize the mechanisms involved in drug-induced cholestasis and to develop screening methods for its early prediction, using human differentiated HepaRG and primary human hepatocytes. First, we demonstrated that bile canaliculi (BC) motility is essential for BA clearance and requires alternating phosphorylation/dephosphorylation of myosin light chain (MLC) that is controlled by the Rho-kinase/Myosin Light Chain Kinase (ROCK/MLCK) signaling pathway. Then, we showed, for the first time that cholestatic drugs could alter the ROCK/MLCK/MLC pathway and BC dynamics. Using the penicillinase-resistant antibiotics family, including flucloxacillin that is responsible for many cases of cholestasis, we found that deregulation of ROCK could be modulated by HSP27, associated with PKC/P38 and PI3K/AKT signaling pathways. Finally, we evidenced variable potency of cholestatic drugs to modulate BA profiles. Indeed, the well-known cholestatic drugs induced a preferential accumulation of unconjugated toxic hydrophobic BA in vitro within the first 24h that resulted from inhibition of their amidation. Altogether, these data bring new information on the understanding of the mechanisms involved in drug-induced cholestasis and highlight new morphological and molecular predictive biomarkers of drug-induced cholestasis.

La cholestase est l'une des manifestations les plus courantes des lésions induitespar des médicaments. Dans 40% des cas elle n’est pas prévisible; une meilleure prédictibilité représente donc un défi majeur. Tout d'abord, nous avons démontré que les cellules hépatiques humaines HepaRG différenciées sont un modèle approprié pour étudier la cholestase induite par les médicaments en comparant la localisation et l’activité des transporteurs d'influx et d'efflux avec les hépatocytes humains primaires. Tous les transporteurs d'efflux et d’influx testés ont été correctement localisés au niveau des membranes canaliculaire (BSEP, MRP2, MDR1 et MDR3) et basolatéral (NTCP, MRP3) et sont fonctionnels. En outre, ces cellules expriment également les enzymes qui métabolisent les acides biliaires (ABs) et ont la capacité de les synthétiser et de les conjuguer avec la taurine, la glycine et le sulfate, à un taux similaire à celui des hépatocytes primaires. Des changements ont été observés sur la répartition des ABs totaux après traitements de cellules HepaRG par un médicament cholestatique, la cyclosporine A (CsA), de manière concentration- dépendante. L'inhibition de l'efflux et de l'influx de taurocholate a été observée après 15 min et 1 h respectivement. Ces premiers effets ont été associés à la dérégulation de la voie des cPKC et l'induction d’un stress du réticulum endoplasmique puis d’un stress oxydant. Nous avons également montré pour la première fois une accumulation intracellulaire d’ABs endogènes avec un médicament cholestatique in vitro. En outre, notre travail apporte des preuves que la motilité des canalicules biliaires (BC) est indispensable à la clairance des ABs. La voie ROCK et le complexe actomyosine sont fortement impliqués. Nous avons fourni la première démonstration que la voie ROCK et les dynamiques des BC sont des cibles majeures des composés cholestatiques. Nos données devraient contribuer à l'élaboration de méthodes de screening pour la prédiction précoce des effets secondaires induits par les médicaments cholestatiques. / Cholestasis is one of the most common manifestations of drug-induced liver injury (DILI). Since up to now it is unpredictable in 40% of all cases its accurate prediction represents a major challenge. First, we validated that differentiated HepaRG human liver cells are a suitable in vitro model to study drug-induced cholestasis, by comparing localization of influx and efflux transporters and their functional activity in these cells and primary human hepatocytes. All tested influx and efflux transporters were correctly localized to canalicular (BSEP, MRP2, MDR1, and MDR3) or basolateral (NTCP, MRP3) membrane domains and were functional. In addition, the HepaRG cell line also exhibits bile acids (BAs) metabolizing enzymes and has the capacity to synthesize BAs and to further amidate these BAs with taurine and glycine as well as sulfate, at a rate similar to that of primary hepatocytes. Concentration- dependent changes were observed in total BAs disposition after treatment of HepaRG cells by the cholestatic drug cyclosporine A (CsA). Inhibition of efflux and uptake of taurocholate was evidenced as early as 15 min and 1 h respectively. These early effects were associated with deregulation of cPKC pathway and induction of endoplasmic reticulum stress that preceded generation of oxidative stress. We also showed for the first time intracellular accumulation of endogenous BAs by a cholestatic drug in vitro. In addition, our work brings evidences that motility of bile canaliculi (BC) is essential for BAs clearance where ROCK pathway and actomyosin complex are highly implicated. We provided the first demonstration that ROCK pathway and BC dynamics are major targets of cholestatic compounds. Our data should help in the development of screening methods for early prediction of drug-induced cholestatic side effects.

La cholestase intrahépatique est une manifestation fréquente des lésions hépatiques induites par les médicaments; Cependant, les mécanismes impliqués sont peu connus. Nous avons cherché à étudier les mécanismes de la cholestase induite par les médicaments afin d’améliorer sa détection précoce en utilisant les cellules HepaRG humaines. Tout d'abord, nous avons prouvé que les canalicules biliaires (BC) subissaient des contractions spontanées, essentielles pour l'efflux d’acides biliaires et nécessitaient des séries d’alternance dans la phosphorylation/déphosphorylation de la chaîne légère de myosine (MLC2). La courte exposition à des composés cholestatiques a révélé que la modulation des BC était associée à des perturbations de la voie de signalisation ROCK/MLCK. Afin de confirmer notre étude, 12 médicaments cholestatiques et six non cholestatiques ont été analysés et nous avons démontré que tous les médicaments cholestatiques classés sur la base de résultats cliniques provoquaient des perturbations dans la dynamique des BC (dilatation ou constriction), et altéraient la voie de signalisation ROCK/MLCK, tandis que les composés non cholestatiques n'avaient pas d'effet. Nous avons également prouvé que ces changements étaient plus spécifiques que la mesure de l'inhibition de l’efflux comme marqueurs prédictifs non cliniques de la cholestase induite par les médicaments. Afin de confirmer et d’étendre ces conclusions, nous avons analysé les mécanismes impliqués dans les effets cytotoxiques et cholestatiques induits par 4 médicaments de la famille des antagonistes des récepteurs de l'endothéline: deux ayant un lien avec des cas cliniques d'hépatotoxicité (sitaxentan) et/ou cholestase (bosentan), et deux n’ayant pas été impliqués dans l’élévation de transaminases hépatiques ou de bilirubine (ambrisentan et macitentan). Les résultats montrent que le macitentan récemment commercialisé et ayant une structure chimique similaire à celle du bosentan, était capable de causer, comme ce dernier, des altérations in vitro des BC. En revanche, l'ambrisentan n’était pas hépatotoxique et le sitaxentan qui a été retiré du marché pour des cas d’hépatotoxicité, n’affectait pas la dynamique canaliculaire. / Intrahepatic cholestasis represents a frequent manifestation of drug-induced liver injuries; however, the mechanisms involved in such injuries are poorly understood. We aimed to investigate mechanisms underlying drug-induced cholestasis and improve its early detection using human HepaRG cells. First, we proved that bile canaliculi (BC) underwent spontaneous contractions, which are essential for bile acid efflux and required alternations in myosin light chain (MLC2) phosphorylation/dephosphorylation. A short exposure to cholestatic compounds revealed that BC dynamics was altered and associated with impairment of the ROCK/MLCK pathway. Then, in order to confirm our study, 12 cholestatic drugs and six noncholestatic drugs were analyzed and we demonstrated that all cholestatic drugs classified on the basis of reported clinical findings caused disturbances of both BC dynamics (dilatation or constriction), and alteration of the ROCK/MLCK signaling pathway, whereas noncholestatic compounds had no effect. We also proved that these changes were more specific than efflux inhibition measurements alone as predictive nonclinical markers of drug-induced cholestasis. To confirm and extend these conclusions, we analyzed the mechanisms involved in cytotoxic and cholestatic effects induced by the 4 main drugs from the endothelin receptor antagonists family: two related to clinical cases of hepatotoxicity (sitaxentan) and/or cholestasis (bosentan), and two that have not been reported to cause elevation of liver transaminases or bilirubin (ambrisentan and macitentan). The results showed that like bosentan, the structurally similar recently marketed drug, macitentan, could cause in vitro major BC alterations. By contrast, ambrisentan appeared as a safe drug and sitaxentan that has been withdrawn from the market for hepatotoxic cases, did not impair BC dynamics.