The Role of Phosphoinositides in the Regulation of NADPH Oxidase Activation in Neutrophils

Les neutrophiles participent à la défense de l'hôte en phagocytant les agents pathogènes et en les détruisant via notamment la production de formes réactives de l'oxygène (FRO). Les FRO sont produites par un complexe multi- protéique :la NADPH oxydase (NOX2). Celle-ci peut s’assembler à la membrane du phagosome lors de la phagocytose mais aussi à la membrane plasmique lors de la stimulation des neutrophiles par des agents bactériens ou des médiateurs de l’inflammation. La NADPH oxydase est une arme à double tranchant; une activation excessive ou inappropriée de la NADPH oxydase génère un stress oxydant, facteur aggravant des nombreuses pathologies. Cette enzyme doit donc être finement régulée. La NADPH oxydase est activée lorsque les sous-unités cytosoliques de NOX2 (p67phox, p47phox, p40phox) et la petite GTPase Rac s’assemblent avec les sous-unités membranaires (p22phox et gp91phox) à la membrane phagosomale ou plasmique. P67phox régule le flux d'électrons qui transite via gp91phox du NADPH à O2.-. Des travaux récents indiquent que les phospholipides anioniques contribueraient à la régulation de la NADPH oxydase. De plus, Les protéines organisatrices p40phox et p47phox possèdent des domaines de liaison à ces phosphoinositides : p40phox peut se lier au phosphatidylinositol 3-phosphate (PI(3)P) et p47phox au phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate (PI(3,4)P2). Nous avons donc voulu comprendre le rôle des ces phospholipides dans la régulation de la NADPH oxydase. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés au rôle du PI(3)P, présent au phagosome après la fermeture de celui-ci, dans l’activation de la NADPH oxydase. Nos données indiquent que p40phox fonctionne comme un adaptateur, PI(3)P dépendant, permettant de maintenir p67phox dans le complexe de la NADPH oxydase. Le PI(3)P agit comme un « timer » pour l'activation de la NADPH oxydase au phagosome. Nous avons ensuite voulu examiner le rôle du PI(3,4)P2 dans la régulation de la NADPH oxydase à la membrane plasmique. Ce lipide est formé à la membrane plasmique par phosphorylation du PI(4)P par la PI3K de classe I lors de l’activation des neutrophiles. Nous avons montré que, l'activité PI3K de classe I est nécessaire pour maintenir l’activation, intégrine-dépendante, de la NADPH oxydase à la membrane plasmique.The NADPH oxidase of the professional phagocyte is essential for the immune system. The phagocyte NADPH oxidase, NOX2, catalyze the reduction of molecular oxygen to superoxide. Superoxide is transformed rapidly into other reactive oxygen species (ROS) which play a critical role in the killing of pathogens in host defense. Indeed neutrophils, the first cells that arrive at the site of infections, engulf pathogens in a process called phagocytosis. The production of reactive oxygen species is then triggered by the NADPH oxidase in the phagosome. The importance of ROS production is demonstrated by the recurrent bacterial and fungal infections that face patients who lack functional NADPH oxidase as in the rare genetic disorder known as the chronic granulomatous disease (CGD). Upon stimulation by bacterial peptide or in some pathological conditions, NADPH oxidase can also be activated at the phagocyte plasma membrane producing ROS in the extracellular medium. So, an excessive or inappropriate NADPH oxidase activation generates oxidative stress involve in chronic inflammation, cardiovascular disease and neurodegenerative disease. The NADPH oxidase activity should be tightly regulated. The activity of the enzyme is the result of the assembly of cytosolic subunits (p47phox, p67phox, p40phox and Rac2) with membranous subunits (gp91phox and p22phox). P67phox regulates the electron flow through gp91phox from NADPH to oxygen leading to the formation of superoxide. Recent data indicate that the anionic phospholipids are important for the NADPH oxidase regulation. Moreover, p40phox and p47phox bear a PX domain that binds respectively phosphatidylinositol3-phosphate (PI3P) and phosphatidylinositol (3,4)-bisphosphate(PI(3,4)P2). Our objective was to decipher the importance of these phosphoinositides on the NADPH oxidase activity. We first examined the role of PI3P, which is present on the cytosolic leaflet of phagosome after its sealing, in NADPH oxidase activation. Our data indicate that p40phox works as a late adaptor controlled by PI3P to maintain p67phox in the NADPH oxidase complex. Thus, PI3P acts as a timer for NADPH oxidase assembly. We then examined the role of PI(3,4)P2 in the activation of the NADPH oxidase assembled at the plasma membrane. PI(3,4)P2 and PI(3,4,5)P3 are formed at the plasma membrane, upon neutrophil activation, by phosphorylation by Class I PI3K of respectively PI4P and PI(4,5)P2. We found that class I PI3K activity is required to maintain the integrin-dependent activation of NADPH oxidase at the plasma membrane