Study of the role of the channel eIF2α / ATF4 in the regulation of gene expression of autophagy in a deficiency in amino acids

Chez les mammifères, les carences nutritionnelles telles que les carences en acides aminés constituent un stress nutritionnel important. Pour faire face à ces situations, l'organisme dispose de processus adaptatifs tels que l'autophagie, régulés par de multiples voies de signalisation. Au niveau cellulaire, plusieurs voies de signalisation sont impliquées dans la régulation de ces processus adaptatifs qui permettent la survie cellulaire lors de différentes conditions de stress environnementaux y compris la carence en acides aminés. En particulie,r la voie eIF2α/ATF4 joue un rôle crucial dans l'adaptation des cellules à ces différents stress notamment en régulant la transcription de nombreux gènes cibles spécifiques. L'objectif de ce travail était donc de déterminer le rôle de la voie eIF2α/ATF4 dans la régulation de la transcription des gènes impliqués dans l'autophagie en réponse à carence en acides aminés. En utilisant p62 comme un modèle de travail, nous avons montré que la kinase GCN2 qui phosphoryle eIF2α et les facteurs de transcription ATF4 et CHOP jouent un rôle clé dans la régulation de la transcription d'un grand nombre de gènes impliqués dans le processus autophagique en réponse à une carence en acides aminés. Nous avons en particulier identifié 3 classes de gènes de l'autophagie selon leur dépendance à ATF4 et CHOP et la liaison de ces facteurs sur les éléments spécifiques de leurs promoteurs en fonction de l'intensité du stress. PLus généralement, nous avons démontré que ce mécanisme pouvait également être activé par la kinase PERK lors d'un stress du réticulum endoplasmique. Enfin, nous avons pu montrer que durant les 6 premières heures de la carence en acides aminés, la voie eIF2α/ATF4/CHOP n'est pas impliquée dans la diminition de la viabilité cellulaire. Cependant, lorsque la carence en acides aminés est prolongée (16-48h), CHOP joue un rôle clé dans la régulation de l'apoptose et dans la répression du processus autophagique en contrôlant la transcription des gènes cibles spécifiques. Ainsi, ce travail a permis de mettre en évidence qu'en cas de carence en acides aminés, la voie eIF2α/ATF4/CHOP joue un rôle clé dans le devenir de la cellule. En fonction de la durée et de l'intensité du stress, la régulation très coordonnée de ces mécanismes moléculaires va permettre successivement la survie de la cellule et ensuite l'apoptose.In mammals nutritional deficiencies such as amino acid limitation are an important nutritional stress. To deal with these situations, the body has adaptive processes such as autophagy regulated by multiple signaling pathways. At the cellular level, several signaling pathways are involved in the regulation of these adaptive processes that allow cell survival in different conditions of environmental stress, including amino acid deficiency. In particular, the eIF2α/ATF4 pathways plays a crucial role in the adaptation of these cells to various stresses such as the transcriptional regulation of many specific target genes. The aim of this work was to identify the role of the eIF2α/ATF4 pathway in the stress-regulated transcription of mammalian autophagy genes. Using p62 as a working model, we have shown that the GCN2 eIF2α-kinase and ATF4 and CHOP transcription factors are required to increase transcription of a set of autophagy genes implicated in the formation, elongation and function of the autophagosome. We also identify 3 classes of autophagy genes according to their dependence on ATF4 and CHOP and the binding of these factors to specific promoter cis elements. Furthermore, different combinations of CHOP and ATF4 bindings to target promoters allow the trigger of a differential transcriptional response according to the stress intensity. Furthermore, we have demonstrated that the same mechanism can also be activated by ER stress through PERK eIF2α-kinase activation. We also show that during the first 6h of starvation, CHOP up-regulates a number of autophagy genes while cell viability is not affected. By contrast, when the amino acid starvation is prolonged (16-48h), we demonstrated that CHOP has a dual role in both limiting autophagy and inducing apoptosis through the transcriptional activation of specific target genes. Thus, this work establishes that following amino acid starvation, the eIF2α/ATF4 pathway plays a key role in the cell fate. Depnding on the duration and intensity of the stress, the highly coordinated regulation of these molecular mechanisms sequentially will allow the survival of the cell and subsequently apoptosis