Les activités de recherche présentées dans ce document s'articulent en deux parties distinctes. La première partie concerne des travaux réalisés au sein de l'équipe du Pr Guy Serre, à la faculté de Médecine Purpan et portant sur la caractérisation des antigènes cibles d'auto-anticorps associés à une maladie auto-immune, la polyarthrite rhumatoïde. La seconde partie, réalisée au sein de l'Unité Mixte CNRS-Pierre Fabre dirigée par le Pr Jean-Edouard Gairin, est centrée sur l'étude d'un système biologique impliqué dans la dégradation des protéines intracellulaires, le système ubiquitine-protéasome et pouvant générer des cibles d'intérêt thérapeutique dans le domaine du cancer.<br /> <br />1. La polyarthrite rhumatoïde et les auto-anticorps anti-protéines citrullinées :<br /><br />La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune d'étiologie inconnue, caractérisée par une inflammation chronique et destructive des articulations synoviales. Le processus auto-immun rhumatoïde fait l'objet d'intenses recherches et bien que des progrès importants aient été réalisés dans la compréhension de certains mécanismes immuno-pathologiques mis en jeu, il n'a pas été possible d'identifier un élément unique comme responsable du processus inflammatoire auto-immun. Il est donc communément admis aujourd'hui que c'est la combinaison de divers facteurs qui détermine l'apparition et l'entretien de la maladie. <br />La présence dans le sérum des patients, d'anticorps décrits pour leur marquage du Stratum Corneum (ou couche cornée) de l'épithélium d'œsophage de rat et de l'épiderme humain, s'est avérée comme une caractéristique suffisamment fréquente et spécifique de la maladie rhumatoïde pour qu'on puisse les suspecter de jouer un rôle significatif dans les processus responsables de l'inflammation articulaire chronique. Afin de mieux comprendre le rôle joué par ces auto-anticorps qualifiés alors d'anticorps « anti-kératines » dans la pathogénie rhumatoïde, il était essentiel d'identifier leur cible antigénique. L'analyse par immunotransfert, à l'aide de sérums rhumatoïdes, d'extraits d'épithélium d'œsophage de rat a permis de détecter, comme cibles murines des auto-anticorps, trois antigènes solubles dans des tampons de faible force ionique. Ces trois protéines ne correspondent pas à des cytokératines mais à de nouvelles protéines spécifiques des étapes tardives du programme de différenciation de l'épithélium d'œsophage de rat. D'autre part, l'antigène ciblé dans l'épiderme humain a été identifié à un variant acide de la filaggrine, protéine jouant un rôle physiologique dans l'agrégation des filaments de kératines de l'épiderme. Ces formes acides sont générées in situ par modification post-traductionnelle des résidus arginine basiques en résidus citrulline par une enzyme, la peptidyl arginine déiminase, exprimée dans l'épiderme. Cette modification a pu être reproduite in vitro après action de la peptidyl-arginine déiminase (PAD) sur divers polypeptides dérivés de la séquence de la filaggrine et il a été ainsi montré que les épitopes reconnus par les auto-anticorps pouvaient être générés par la déimination post-traductionnelle des filaggrines.<br /> Toutefois, la filaggrine n'étant pas exprimée dans les tissus osseux et synoviaux, nous avons recherché une cible articulaire de ces anticorps portant des épitopes déiminés et immunologiquement apparentée à la filaggrine. Ayant à disposition des tissus synoviaux provenant d'une série de patients, deux protéines, p55-61 et p64-78, portant toutes deux des résidus citrullines ont été extraites des membranes synoviales et reconnues spécifiquement par les sérums rhumatoïdes; ces protéines ont été identifiées aux chaînes a et b de la fibrine. Le fait que ces deux protéines ne soient ciblées par les sérums rhumatoïdes qu'après déimination par une PAD, soulignait soulignait le rôle émergent d'une « immunité anti-citrulline » reconnue aujourd'hui comme pouvant être à la base de certains dérèglements impliqués dans diverses maladies auto-immunes.<br /><br />2- Le système ubiquitine-protéasome et ses implications dans le cancer :<br /><br />Le protéasome est un complexe multicatalytique présent dans le cytoplasme et le noyau de toutes les cellules eucaryotes. Il constitue la machinerie protéolytique de la voie ubiquitine-protéasome, voie majeure responsable de la dégradation des protéines intracellulaires. Cette voie détermine la durée de vie et la concentration de nombreuses enzymes et protéines régulatrices dont beaucoup jouent un rôle dans les processus de cancérisation.<br /> Afin de mieux connaître le fonctionnement de cette machinerie protéolytique, nous avons étudié les mécanismes moléculaires intervenant dans la régulation du protéasome 20S qui constitue le cœur catalytique du système. L'analyse protéomique du protéasome 20S préparé à partir de cellules humaines non pathologiques a permis l'identification de l'ensemble des sous-unités constitutives du protéasome 20S et a révélé l'existence de modifications post-traductionnelles de type phosphorylation. Deux nouvelles sous-unités phosphorylées , les sous-unités b2 et b7, ont pu être identifiées posant ainsi la question du rôle joué par ces phosphorylations dans la régulation fonctionnelle du protéasome 20S. <br /> L'analyse similaire des protéasomes exprimés dans diverses lignées tumorales a révélé une complexité structurale importante avec en particulier la co-expression de deux formes de protéasomes : le protéasome dit standard et l'immunoprotéasome. L'étude fonctionnelle de ces protéasomes a montré une sensibilité différente de ces deux formes à certaines molécules de la chimiothèque de substances naturelles purifiées dans l'UMS de Chimie CNRS-Pierre Fabre. En accord avec ceci, l'analyse comparative des protéasomes présents dans les cellules normales comparées à ceux présents dans les cellules tumorales d'un même patient a confirmé la surexpression de l'immunoprotéasome dans les cellules cancéreuses. Le système ubiquitine-protéasome est un système cellulaire particulièrement sensible aux facteurs micro-environnementaux et l'induction de l'immunoprotéasome témoigne de ce processus. Dans ce contexte, nos résultats font émerger la question de l'impact de l'immunoprotéasome sur la dérégulation du système ubiquitine-protéasome dans la cellule tumorale. Afin de répondre à cette question, des lignées de lymphomes surexprimant l'immunoprotéasome ont été développées ainsi que des substrats peptidiques fluorescents spécifiques de l'immunoprotéasome ou du protéasome.<br />Outre une meilleure connaissance de cette machinerie protéolytique, la continuité de ce travail devrait aboutir à l'identification de nouveaux agents pharmacologiques anti-tumoraux. Enfin, il s'intègre pleinement dans la logique de l'UMR 2587 CNRS-Pierre Fabre en témoignant d'un effort de recherche focalisé sur des systèmes biologiques pouvant générer des cibles d'intérêt thérapeutique dans le domaine du cancer.

La polyarthrite rhumatoïde est une pathologie auto-immune qui affecte près de 1% de la population mondiale et se caractérise par une inflammation articulaire, des altérations cartilagineuses et osseuses notamment associées à des douleurs chroniques articulaires, souvent résistantes aux thérapeutiques actuelles. Que ce soit à un stade préclinique, où l’on parle d’arthralgie, ou à un stade établi de la pathologie, ces douleurs constituent un réel handicap pour les patients atteints avec plus de 60% d’entre eux insatisfaits de sa prise en charge. La présence d’une synovite étant nécessaire au diagnostic de la PR, aucune stratégie thérapeutique n’est mise en place à un stade préclinique. En outre, à un stade établi, la stratégie actuelle vise en premier lieu à diminuer l’activité de la pathologie sans prise en charge de la douleur en tant que telle. Parmi les acteurs de la synovite dans la PR, un rôle essentiel est attribué au facteur de croissance des nerfs ou Nerve Growth Factor dans la mise en place et le maintien des symptômes douloureux. Les anti-NGF sont connus comme des molécules antalgiques prometteuses. Néanmoins, de par son action pléiotropique, cibler cette neurotrophine conduit à des effets indésirables potentiellement importants. Dans la première partie de ce travail, nous avons cherché à mieux caractériser l’implication spécifique des voies de signalisation intracellulaires au récepteur tyrosine kinase de type A (TrkA) de haute affinité au NGF, dans un contexte de douleur articulaire inflammatoire (arthrite) mais aussi de douleurs somatique et viscérale. Un modèle de knock-out total pour le récepteur TrkA n’étant pas viable, nous avons réalisé une étude multimodale chez des souris knock-in TrkA/C, exprimant un récepteur chimérique composé de la partie extracellulaire native du récepteur TrkA et des parties transmembranaire et intracellulaire fonctionnelles du récepteur à la neurotrophine 3 : le récepteur TrkC. Ce dernier n’étant que peu ou pas impliqué dans la douleur inflammatoire. Ainsi, le NGF pourra se lier normalement au récepteur TrkA/C mais activera les voies de signalisation intracellulaires du récepteur TrkC. Les résultats de nos études ont mis en évidence qu’une absence d’activation de certaines voies en aval de TrkA (i.e. c-Jun et p38 MAPK) au niveau des DRGs chez les souris TrkA/C, impacte significativement la mise en place des symptômes douloureux, en particulier l’hypersensibilité mécanique, que ce soit dans un contexte de douleur articulaire, somatique ou viscérale, sans affecter l’hyperalgie thermique au chaud. Ces résultats résultent d’une part de la diminution de la néo-innervation CGRP+ mais aussi de changements transcriptionnels de certains neurotransmetteurs et mécanotransducteurs dont le canal ionique sensible aux protons : ASIC3. De plus, un lien entre NGF/TrkA et le remodelage osseux, en particulier, l’activation ostéoclastique, a été démontré mettant en avant un rôle doublement bénéfique de l’inhibition de certaines voies associées à TrkA, à la fois dans certains symptômes douloureux et l’érosion osseuse retrouvée dans la PR. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux mécanismes impliqués dans l’arthralgie induite par l’injection d’autoanticorps anti-peptides citrullinées (ACPA). La majorité des patients PR sont positifs pour les ACPA qui peuvent être produits des mois voire des années, avant son diagnostic et semblent être directement associés au développement des symptômes douloureux. Cette arthralgie constitue l’un des premiers signes d’une PR émergente et peu persister, même suite à la prise en charge thérapeutique des patients PR. Tout d’abord, nous avons confirmé que les sous-types monoclonaux IgG1 ACPA diffèrent par leurs propriétés pronociceptives et érosives de l’os, certainement liées à leurs différentes réactivités vis-à-vis des épitopes citrullinés. (...) / Rheumatoid arthritis is an autoimmune disease that affects nearly 1% people worldwide and is characterized by joint inflammation, cartilage and bone damages, associated with chronic joint pain, often resistant to current therapies. Whether at a preclinical stage, where we talk about arthralgia, or at an established stage of the pathology, pain constitutes a real burden for the patients with more than 60% rating their pain management has unsatisfactory. The presence of synovitis is necessary for the diagnosis of established RA, therefore, no real therapeutic strategy is used at a preclinical stage. In addition, at an established stage, the current strategy aimed primarily at reducing the activity of the pathology without an actual management of the pain as such. Among the actors of synovitis in RA, Nerve Growth Factor plays a critical role in the establishment and maintenance of painful symptoms. Anti-NGF are known as promising analgesic drugs. Nevertheless, due to pleiotropic effects of NGF, targeting this neurotrophin leads to significant adverse effects. In the first part of this work, we sought to better characterize the specific involvement of intracellular signaling pathways of the high affinity tyrosine kinase A (TrkA) receptor of NGF in a context of inflammatory joint pain (arthritis), but also of somatic and visceral pain. Since a total knockout of TrkA receptor in mice is not viable, we performed a multimodal study in TrkA/C knock-in mice, expressing a chimeric receptor composed of the native extracellular part of TrkA receptor and, the transmembrane and intracellular functional parts of the neurotrophin 3 receptor: TrkC receptor, which is not really involved in inflammatory pain. Thus, NGF can bind normally to the TrkA/C receptor but activates the intracellular signaling pathways downstream of TrkC receptor. Our results have shown that a lack of activation of certain TrkA pathways (i.e. c-Jun and p38 MAPK) in the DRGs of TrkA/C mice, has a significant impact on the development of painful symptoms, especially mechanical hypersensitivity in a context of articular, somatic, or visceral pain, without affecting heat thermal hyperalgesia. These effects result, on one hand, from the decrease of CGRP+ nerve sprouting and in another hand, from the transcriptional changes of some neurotransmitters and mechanotransducers including the proton-sensitive ion channel: ASIC3. In addition, our studies highlight a direct link between NGF/TrkA and bone remodeling, in particular, osteoclastic activity, suggesting a beneficial role of the inhibition of some specific TrkA-associated pathways, in both mechanical hypersensitivity and bone erosion found in RA.In a second part of our work, we investigated the mechanisms involved in arthralgia induced by the injection of autoantibodies against citrullinated peptides (ACPA). The majority of RA patients is positive for ACPA that can be produced months to years before RA diagnosis and appear to be directly associated with the development of pain. Arthralgia is one of the first signs of an emerging RA and can persist even following RA treatment. First, we confirmed that monoclonal ACPA IgG1 subtypes differ in their pronociceptive and bone erosive properties certainly link to their reactivity patterns against citrullinated epitopes on different targets especially those engaging osteoclast activity. Thus, the combination of B02/B09 ACPA clones induced pain like behaviour without any inflammation, but is associated with an alteration of bone homeostasis in injected mice. We suggest that as a result of ACPA-induced osteoclast activation, certain factors (e.g. protons and/or lipids) are released, which sensitize ASIC3, ultimately leading to pain.