Régulation et rôle de la NADPH oxydase 1 dans l'inflammation intestinale

Les NADPH oxydases (NOX) sont une famille d'enzymes dont l'unique fonction est dédiée à la production des formes réactives de l'oxygène (FRO/ROS pour reactive oxygen species). Lorsqu'elles sont produites de façon contrôlée, les ROS sont des médiateurs importants de diverses fonctions biologiques, notamment la défense de l'hôte contre les agents pathogènes et la signalisation intracellulaire. Cependant, comme les ROS sont des molécules hautement cytotoxiques, leur production inappropriée ou excessive peut induire des dommages aux tissus environnants, contribuant ainsi aux pathologies inflammatoires. NOX1, principalement exprimée dans les cellules épithéliales du côlon, joue un rôle clé dans l'immunité et l'inflammation de la muqueuse intestinale. C'est une enzyme constituée de plusieurs sous-unités membranaires, Nox1 et p22PHOX, et cytosoliques , NOXO1, NOXA1 et Rac1. Cependant, un dysfonctionnement de NOX1 pourrait être lié à des situations pathologiques dans le côlon telles que les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Les mécanismes exacts par lesquels NOX1 contrôle l'immunité et l'inflammation de la muqueuse intestinale, ainsi que sa régulation dans les conditions inflammatoires, ne sont toujours pas clairs. Dans ce contexte, les objectifs de ma thèse étaient: 1) de décrypter les mécanismes par lesquels NOX1 contribue à l'immunité et à l'inflammation de la muqueuse intestinale 2) d'identifier de nouveaux régulateurs de NOX1 dans les conditions inflammatoires. Nos premiers travaux ont révélé que les ROS produites par NOX1 contrôlent l'expression de la lipocaline-2 (LCN-2), une protéine de l'immunité innée, dans les cellules épithéliales du côlon co-stimulées par TNF et IL-17, et que les mécanismes sous-jacents impliquent un axe p38MAPK-JNK / NOXO1 / IkBz;. De plus, dans le modèle d'inflammation intestinale induite par le TNBS, les souris déficientes en NOX1 ont une diminution de la production de la LCN-2 et sont protégées contre les lésions du côlon. Finalement, les biopsies issues de patients de Crohn montre une augmentation de l'activation de JNK, de l'expression de NOXO1 et de la LCN-2. Ainsi, NOX1 pourrait jouer un rôle clé dans l'immunité innée et l'inflammation de la muqueuse intestinale en contrôlant l'expression de la LCN-2. Notre deuxième travail a identifié la protéine kinase CK2 comme un nouveau régulateur de NOX1. Nous avons constaté que CK2 limitait l'activité de NOX1 dans les cellules épithéliales du côlon et atténuait la colite expérimentale. Plus précisément, CK2 fonctionne comme un partenaire majeur de NOXO1 dans les cellules épithéliales du côlon dans des conditions inflammatoires et phosphoryle NOXO1 sur plusieurs sites. Le CX-4945, un inhibiteur hautement sélectif de la CK2, augmente la génération des ROS par NOX1 dans les cellules épithéliales du côlon et dans les organoïdes. De manière frappante, au cours de la colite aiguë induite par le TNBS, l'activité de la CK2 est fortement diminuée. D'autre part l'inflammation intestinale induite par le TNBS est exacerbée par le CX-4945, comme en témoigne l'augmentation de la synthèse de CXCL1, de la production de ROS ainsi que les taux de malondialdéhyde. L'ensemble de ces résultats suggère que la CK2 limite l'activité NOX1 et qu'au cours de l'inflammation intestinale, la chute de l'activité de la CK2 pourrait conduire à une production accrue des ROS via NOX1 qui pourraient contribuer à la progression de l'inflammation et des lésions du côlon. Ces travaux ont permis de révéler un nouveau rôle des ROS dérivant de NOX1 dans le contrôle de l'expression de LCN-2 et d'identifier la CK2 comme un nouveau régulateur négatif de l'activité NOX1 dans des situations inflammatoires. Ils ont également permis de montrer qu'une dérégulation de ces processus pourrait contribuer à des situations pathologiques. Les stratégies pour atténuer l'activité de NOX1 ou pour activer la CK2 pourraient être de nouvelles approches thérapeutiques dans les MICI.NADPH oxidases (or NOXs) are a unique family of enzymes dedicated to the production of reactive oxygen species (ROS). When produced under controlled conditions, ROS are important mediators of various biological functions, including host defense against pathogens and intracellular signaling. However, as ROS are highly cytotoxic molecules, their inappropriate or excessive production may induce damage to surrounding tissues, thereby contributing to inflammatory disorders. NOX1, predominantly expressed in colon epithelial cells, has emerged as a prime regulator of mucosal immunity and inflammation. It is a multicomponent enzyme composed of the transmembrane proteins, Nox1 and p22PHOX, and the cytosolic proteins, NOXO1, NOXA1, and Rac1. However, dysfunction of NOX1 could be linked to pathological situations in the colon such as inflammatory bowel diseases (IBD). The exact mechanisms through which NOX1 impacts mucosal immunity and inflammation, as well as its regulation in inflammatory conditions, are still unclear. In this context, the objectives of my thesis were: 1) to decipher the mechanisms through which NOX1 contributes to mucosal immunity and inflammation 2) to identify new regulators of NOX1 in inflammatory conditions. Our first work revealed that NOX1-derived ROS drove the expression of Lipocalin-2, an innate immune protein, in colonic epithelial cells in inflammatory conditions. We found that the combination of TNF and IL-17 induced a dramatic upregulation of NOXO1 expression that was dependent on the activation of p38MAPK and JNK1/2, and resulted in an increase of NOX1 activity and ROS production. NOX1-derived ROS drive the expression of lipocalin 2 (LCN-2) by controlling the expression of IkBz, a master inducer of LCN-2. Furthermore, LCN-2 production and colon damage were decreased in NOX1-deficient mice during TNBS-induced colitis. Finally, analyses of biopsies from patients with Crohn's disease showed increased JNK1/2 activation, and NOXO1 and LCN-2 expression. Therefore, NOX1 might play a key role in mucosal immunity and inflammation by controlling LCN-2 expression. Our second work identified protein kinase CK2 as a novel regulator of NOX1. More specifically we found that CK2 limited NOX1 activity in colonic epithelial cells and attenuated experimental colitis. By several complementary approaches, we identified CK2 as a major partner of the organizer subunit, NOXO1, in colon epithelial cells under inflammatory conditions. CK2 was able to phosphorylate NOXO1 on several sites as shown by mass spectrometry. Inhibition of CK2 by the highly selective inhibitor, CX-4945, increased ROS generation by NOX1 in colon epithelial cells. Strikingly, during TNBS-induced acute colitis, CK2 activity dropped and destructive inflammation was exacerbated by CX-4945 as revealed by increased CXCL1, ROS, lipids peroxidation, and colon damages. Our data suggest that CK2 acts as a molecular brake to control NOX1 activation and that loss of this brake during acute colitis may result in excessive ROS production contributing to pathogenesis. Taken together our data uncovered a new function of NOX1-derived ROS in controlling LCN-2 expression and identified CK2 as a novel negative regulator of NOX1 activity in inflammatory situations. Furthermore, dysregulation of these processes may contribute to pathological situations. Strategies to attenuate NOX1 activity or to activate CK2 could be novel therapeutic approaches in IBD