L'autophagie : un mécanisme de survie et de mort cellulaire
Patrice Codogno
INSERM U504, Institut André Lwoff, Université Paris XI, 16 avenue Paul-Vaillant-Couturier 94807 Villejuif Cedex
resumé
La macroautophagie ou autophagie est une voie majeure du catabolisme lysosomique qui permet la dégradation de macromolécules et d'organites cellulaires chez les eucaryotes. La découverte des bases moléculaires de l'autophagie a montré son importance au cours du développement, dans le contrôle de la longévité et dans des processus pathologiques comme le cancer, les maladies neurodégénératives et certaines formes de myopathies. L'autophagie est un mécanisme de survie cellulaire lors de périodes de jeûne. Cette " autophagie nutritionnelle ", inhibée par les acides aminés, s'oppose à la mise en place d'un programme d'apoptose. L'autophagie est aussi décrite comme un mécanisme de mort appelée mort autophagique qui se distingue de l'apoptose par ses critères morphologiques et moléculaires. La situation est souvent complexe car la cellule peut utiliser à la fois la machinerie apoptotique et autophagique pour disparaître.
Summary : Autophagy in cell survival and death
Macroautophagy hereafter referred to as autophagy is a major lysosomal catabolic pathway for macromolecules and organelles conserved in eukaryotic cells. The discovery of the molecular basis of autophagy has uncovered its importance during development, life extension and in pathologies such as cancer, certain forms of myopathies and neurodegenerative disease. Autophagy is a cell survival mechanism during starvation that is controlled by amino acids. Starvation-induced autophagy is an anti-apoptotic mechanism. However autophagy is also an alternative to apoptosis through autophagic cell death. In many situations apoptosis and autophagy can both contribute to cell dismantlement.

Approches génétiques des mécanismes moléculaires de mort cellulaire programmée chez Dictyostelium
David Lam & Pierre Golstein
Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, INSERM-CNRS-Université de la Méditerranée, Parc Scientifique de Luminy, Case 906, 13288 Marseille Cedex 9, France.
Résumé
Les morts cellulaires indépendantes des caspases ont été découvertes dans de nombreuses espèces dont l'homme. Cependant, les mécanismes qui les gouvernent sont encore relativement peu connus. Nos travaux actuels portent sur un organisme modèle, le protiste Dictyostelium discoideum, qui présente au cours de son développement un type de mort caspase-indépendant. En milieu riche, Dictyostelium se multiplie comme un organisme unicellulaire, mais en condition de carence, les cellules Dictyostelium s'agrègent, se différencient et subissent un développement aboutissant à une structure multicellulaire, appelée sorocarpe, composée d'une masse de spores soutenue par une tige. Les cellules de la tige sont considérées comme mortes sur la base de non-repousse en milieu riche et se trouvent être vacuolisées. Il s'agit donc d'une mort cellulaire programmée vacuolaire développementale, et de plus, caspase-indépendante puisqu'il n'existe pas de gènes caspases dans le génome de Dictyostelium. Afin d'étudier cette mort cellulaire dans un contexte expérimental plus favorable, un protocole in vitro a été adapté, qui nous a permis de décrire la cascade d'évènements morphologiques au cours de cette mort. Par une approche de mutagénèse insertionnelle, suivie d'une sélection appropriée de mutants potentiellement résistants à la mort, nous tentons actuellement d'établir la cascade d'évènements moléculaires aboutissant à la mort vacuolaire des cellules de Dictyostelium. Une meilleure compréhension des voies de morts caspases-indépendantes contribuera, à long terme, à l'élaboration de nouveaux traitements visant à contrôler les différents types de morts cellulaires dans les cas de cancers ou bien de maladies neurodégénératives. Dans cette courte revue, nous rappelerons très brièvement quelques généralités sur le développement de Dictyostelium et nous insisterons sur les particularités de la mort cellulaire programmée chez Dictyostelium, et sur les moyens génétiques mis en oeuvre pour en élucider les mécanismes moléculaires.
Summary
Genetic approaches to molecular mechanisms of programmed cell death in Dictyostelium
Caspase-independent cell deaths have been observed in many species including the human. However, the molecular mechanisms which govern them are largely unknown. Our present work makes use of a model organism, the protist Dictyostelium discoideum, which shows a caspase-independent cell death during its development. In rich medium, Dictyostelium multiplies vegetatively as a unicellular organism, but in starvation conditions, Dictyostelium cells aggregate, differentiate and morphogenize into a multicellular structure, called sorocarp, containing a mass of spores supported by a stalk. Cells in the stalk are considered dead on the basis of non-regrowth in rich medium and are vacuolized. This programmed cell death is therefore developmental and vacuolar, and in addition, caspase-independent since the Dictyostelium genome does not contain caspases genes. In order to study in detail this cell death without induction of development, an in vitro experimental protocol has been adopted, which enabled us to describe the cascade of morphological events during this cell death. An insertional mutagenesis approach, followed by appropriate selection or screening of mutants potentially resistant to death, attempts at establishing the cascade of molecular events leading to vacuolar death of Dictyostelium cells. A better understanding of alternative death pathways may allow to control different types of cell deaths in the cases of cancers or neurodegenerative diseases. In this short review, we will discuss briefly some generalities about the development of Dictyostelium in starvation conditions, and we will focus on the course of programmed cell death in Dictyostelium and on the genetic tools used to elucidate the corresponding molecular mechanisms.

L'ERYTHROPOÏESE : UN PARADIGME POUR L'ETUDE DU ROLE DES CASPASES DANS LA MORT ET LA DIFFERENCIATION CELLULAIRE
ERYTHROPOIESIS: A PARADIGM FOR THE ROLE OF CASPASES IN CELL DEATH AND DIFFERENTIATION
J.A. Ribeil, Y. Zermati, J. Vandekerckhove, M. Dussiot, J. Kersual, O. Hermine.
CNRS UMR 8147 et Département d'Hématologie, Faculté de Médecine et Université René Descartes Paris V, Hôpital NECKER, France, 75743 CEDEX 15..
Résumé :
La différenciation érythroïde est sous la dépendance du facteur de transcription GATA-1 qui régule l'expression des gènes érythroïdes (hémoglobine, glycophorine, récepteur à l'érythropoïétine) et de l'érythropoïétine. La différenciation érythroïde terminale est caractérisée par des modifications morphologiques comprenant une réduction progressive du volume cellulaire et du noyau associée à une condensation marquée de la chromatine. Les changements morphologiques sont en partie similaires à ceux qui sont observés au cours de l'apoptose. La production de globules rouges dépend du taux d'apoptose des progéniteurs et des précurseurs érythroïdes. La privation en érythropoïétine ou l'induction de la voie Fas aboutissent à l'activation de la caspase-3, ce qui a pour conséquence la protéolyse de GATA-1, et l'arrêt de maturation et l'apoptose des érythroblastes immatures. Récemment nous avons mis en évidence, qu'en présence d'érythropoïétine, l'activation de la caspase-3 est également indispensable aux modifications morphologiques caractéristiques observées au cours de la différenciation érythroïde terminale humaine. Les protéines clivées par les caspases, lors de l'érythropoïèse, comprennent la Lamine B et Acinus impliquées dans la condensation de la chromatine. Par contre, alors que la caspase-3 est activée, le clivage de GATA-1 et l'apoptose ne sont pas obsevées. Ainsi, le devenir des précurseurs érythroïdes est déterminé en aval de l'activation des caspases en fonction des substrats qu'elles clivent. Il semble donc qu'il y ait des mécanismes de protection sélective des substrats des caspases activées lors de l'érythropoïèse. Cette nouvelle fonction des caspases depuis été décrite dans d'autres systèmes hématopoïétiques et non hématopoïétiques que nous décrirons dans cette revue.
summary :
Erythroid differentiation process involves the transcription factor GATA-1 that positively regulates promoters of erythroid genes (including haemoglobin, glycophorin, erythropoietin receptor) and erythropoietin. Terminal erythroid differentiation is characterized by major morphological changes that include chromatin condensation and cell size reduction. The morphological changes are partially similar at least to those observed during apoptosis. The production of red cells depends on the apoptosis rate of erythroid progenitors and precursors. Upon erythropoietin starvation or engagement of the death receptor Fas, caspases are activated in erythroid precursors and cleaved GATA-1, thus inducing maturation arrest and apoptosis of immature erythroblasts. We have recently demonstrated that, upon erythropoietin stimulation, caspase-3 was also activated, an event required for human terminal erythroblast maturation. The proteins cleaved by caspases in erythroid cells undergoing terminal differentiation include Lamin B and Acinus, which are involved in chromatin condensation. In contrast, despite caspase-3 activation neither GATA-1 degradation nor apoptosis was observed. Thus, the fate of erythroid precursors is determined downstream of caspase activation by the pattern of cleaved targets. Therefore, there are some mechanisms underlying the selective protection of caspase-3 targets during erythropoiesis. This model in which caspases activation is required for differentiation may apply to other haematopoietic or non haematopoietic cellular systems which are described in this review.

Modifications de la membrane mitochondriale externe au cours de l'apoptose
Safa Lucken-Ardjomande, Sylvie Montessuit et Jean-Claude Martinou*
Département de biologie cellulaire, Université de Genève, 30 quai Ernest-Ansermet, 1211 Genève 4, Suisse
Jean-Claude Martinou@cellbio.unige.ch
Résumé :
Les mitochondries sont impliquées dans de nombreuses voies de signalisation de l'apoptose. Suite à la perméabilisation de leur membrane externe par des membres pro-apoptotiques de la famille Bcl-2, elles libèrent plusieurs protéines apoptogènes, dont le cytochrome c, qui contribuent à l'activation des caspases. Les mécanismes responsables de la perméabilisation membranaire mitochondriale sont encore mal compris. Leur étude a abouti à la construction de plusieurs modèles qui sont analysés dans cette revue.
Summary :
Mitochondria are involved in many apoptotic responses. Following permeabilization of their outer membrane, they release many apoptogenic proteins, including cytochrome c, which contribute to caspase activation. The mechanisms responsible for membrane permeability are not completely understood. Here, we briefly review the mechanisms that have been proposed to explain this phenomenon.

Maladie de Huntington : signalisation intracellulaire et mort neuronale
Par Sandrine Humbert & Frédéric Saudou
UMR 146 CNRS / Institut Curie, Bât. 110, Centre Universitaire, F-91405 Orsay, France.
Résumé :
La présence d'une expansion anormalement importante de l'acide aminé glutamine (polyQ) dans la protéine huntingtine conduit à la maladie de Huntington. Aucun traitement n'est disponible à l'heure actuelle pour retarder les symptômes de cette maladie neurodégénérative.
L'étude de voies de signalisation régulant la mort neuronale dans HD a permis de montrer l'importance de la phosphorylation dans la maladie de Huntington. La voie IGF-1/Akt/SGK inhibe la toxicité induite par la huntingtine-polyQ. L'effet anti-apoptotique de cette voie est médié par la phosphorylation directe de la sérine 421 de la huntingtine. De plus, des composants de cette voie sont altérés au cours de la pathologie.
Quelle est la fonction de la huntingtine ? Plusieurs études montrent que la huntingtine est une protéine anti-apoptotique impliquée dans la dynamique intracellulaire. Nous avons récemment trouvé que la huntingtine stimule le transport des vésicules contenant un facteur neurotrophique, le BDNF (brain-derived neurotrophic factor). Ce mécanisme fait intervenir un complexe constitué de la huntingtin-associated protein-1, HAP1, et de la sous-unité p150Glued de la dynactine. Cette fonction de la huntingtine dans le transport est perdue lorsque celle-ci contient une expansion anormale de glutamines. L'altération du transport de BDNF a pour conséquence une diminution du support trophique et conduit à la mort cellulaire.
Huntington's disease : molecular pathways and neuronal death
Summary :
Huntington's disease (HD) is a mid-life onset neurodegenerative disorder characterized by unvoluntary movements (chorea), personality changes and dementia that progress to death within 10-20 years of onset. There are currently no treatment to delay or prevent appearance of the symptoms in the patients. The defective gene in HD contains a trinucleotide CAG repeat expansion within its coding region that is expressed as a polyglutamine (polyQ) repeat in the protein huntingtin. The exact molecular mechanims by which mutant huntingtin induces cell death as well as the function of huntingtin are not totally understood.
Studying mechanisms by which polyQ-huntingtin induces neurodegeneration has shown that phosphorylation plays a key role in HD. The IGF-1/SGK/Akt pathway reduces polyQ-huntingtin induced toxicity. This anti-apopototic effect is mediated via the phosphorylation of serine 421 of huntingtin. Moreover, components of this pathway are altered in disease.
What is the function of huntingtin? Several studies indicate that huntingtin is an anti-apoptotic protein that could regulate intracellular dynamic. We recently demonstrated, that huntingtin specifically enhances vesicular transport of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) along microtubules. Huntingtin-mediated transport involves Huntingtin-Associated Protein-1 (HAP1) and the p150Glued subunit of dynactin, an essential component of molecular motors. BDNF transport is attenuated both in the disease context and by reducing the levels of wild-type huntingtin. The alteration of the huntingtin/HAP1/p150Glued complex correlates with reduced association of motor proteins with microtubules. Finally, polyQ-huntingtin-induced transport deficit results in the loss of neurotrophic support and neuronal toxicity.

La mort cellulaire programmée :
Histoire et avenir d'un concept
Richard A.Lockshin, Department of Biological Sciences, St John's University, 8000 Utopia Parkway, Queens, N.Y. 11439 USA
Résumé :
La mort cellulaire est connue et comprise depuis le 19ème siècle, mais les études expérimentales n'ont commencé qu'au milieu du 20ème siècle. Vers les années 1960, plusieurs laboratoires montraient que la mort cellulaire est programmée de façon biologique et que les manifestations en sont communes à plusieurs types de mort cellulaire mais n'ont pas d'explication évidente, en particulier dans le cas de l'apoptose. En 1990 on connaissait l'origine génétique de la mort programmée et les premiers composants de la machinerie de la mort cellulaire (caspase 3, bcl-2 et Fas) étaient identifiés, séquencés, et reconnus comme hautement conservés. Le développement rapide de la recherche dans ce domaine nous a livré une bonne compréhension de la façon dont la mort cellulaire s'accomplit. Néanmoins, afin d'exploiter cette compréhension dans des buts thérapeutiques, il nous faut encore beaucoup apprendre sur la manière dont une cellule s'engage sur la voie de la mort. Nous devons également reconnaître que l'apoptose est peut-être le mode le plus habituel et le plus efficace de mort cellulaire, mais qu'il y a des voies alternatives, qui peuvent se terminer par la mort cellulaire même quand la voie apoptotique est bloquée. Il est intéressant de noter que la plupart des arguments et erreurs sur ce sujet ont été anticipés par Claude Bernard, dont les mises en garde et les recommandations restent valables à ce jour.
Summary : Programmed cell death : history and future of a concept
Cell death was observed and understood since the 19th century, but there was no experimental examination until the mid-20th Century. Beginning in the 1960's, several laboratories demonstrated that cell death was biologically controlled (programmed) and that the morphology was common and not readily explained (apoptosis). By 1990 the genetic basis of programmed cell death had been established and the first components of the cell death machinery (caspase 3, bcl-2 and fas) had been identified, sequenced, and recognized as highly conserved in evolution. The rapid development of the field has given us substantial understanding of how cell death is achieved. However, capitalizing on our knowledge for therapeutic purposes requires us to learn much more about how a cell commits to death, as well as recognizing that apoptosis may be the most common and efficient means of death, but that there are alternative pathways that can result in cell death even when the conventional pathway is blocked. Interestingly enough, many of the arguments and missteps in the history of the field were anticipated by Claude Bernard, and his warnings and recommendations remain valid today.