La SUMOylation de l'ataxine-7 et ses conséquences fonctionnelles dans la physiopathologie de l'ataxie spinocérébelleuse de type 7 (SCA7)

Spinocerebellar ataxia type 7 (SCA7) is a neurodegenerative disease caused by a CAG expansion (polyQ) in the protein ataxin-7. SUMOylation, a post-translational modification that we identified to modulate mutant protein aggregation in a SCA7 cellular model, is facilitated by a SUMO E3 ligase. Here, we identified RanBP2 (Nup358), a nucleoporin belonging to the nuclear pore complex, as the major E3 enzyme implicated in ataxin-7 modification by SUMO-1. Indeed, RanBP2 silencing renders mutant ataxin-7 more prone to aggregation, thus demonstrating the implication of RanBP2 in SCA7 pathophysiology. We also show that endogenous ataxin-7 is a target for both SUMO-1 and -2 modification. Poly-SUMOylated ataxin-7 presents a docking site composed of SUMO2/3 chains for the recruitment of RNF4: this protein is a SUMO E3 ubiquitin ligase that mediates degradation of mutant ataxin-7 by the proteasome pathway. The degradation is abolished in presence of a mutant form of RNF4. In a SCA7 knock-in mouse model we quantified expression of SUMO-pathway related genes in cerebellum and retina, the most affected regions using quantitative RT-PCR. SUMO-related genes show expanded repeat-dependent alterations in expression patterns. At 6 months (before onset), deregulations begin to occur; by 12 months (late stage of disease), there is a statistically significant impairment in Sumo-1 levels in Atxn7100Q/5Q cerebellum. These results, together with the observation that SUMO-1 and RanBP2 protein accumulate abnormally in the cerebellum of a SCA7 patient, suggest that in vivo SUMO-modifying pathways may be perturbed in SCA7.L'ataxie spinocérébelleuse de type 7 (SCA7) est une maladie neurodégénerative due à une expansion de CAG traduit en polyQ dans la protéine ataxine-7. La SUMOylation, modification post-traductionnelle que nous avons identifiée moduler l'agrégation de la protéine mutante, est facilitée par une SUMO E3 ligase.Nous avons identifié RanBP2, une nucléoporine appartenant au complexe du pore nucléaire en tant que SUMO E3 ligase, via SUMO-1 de l'ataxine-7. En effet, le silencing de RanBP2 induit l'agrégation de l'ataxine-7 mutante, ce qui démontre l'implication de RanBP2 dans la physiopathologie de SCA7. Nous montrons également que l'ataxine-7 endogène est une cible modifiée par SUMO-1 et -2. L'ataxine-7 poly-SUMOylée, grâce à la présence de chaines SUMO2/3, est capable de recruter RNF4. Cette protéine conduit à la dégradation de l'ataxine-7 mutante par la voie du protéasome. La dégradation est abolie en présence d'un mutant de RNF4.Dans un modèle murin KI SCA7, nous avons quantifié l'expression des gènes impliqués dans la voie de la SUMOylation au niveau des régions les plus touchées du cerveau. Le niveau d'expression des ARNs messagers montre des altérations dépendantes des répétitions CAG du gène SCA7. A 6 mois (avant le début de la pathologie), les premières dérégulations sont observées; à 12 mois (à un stade avancé de la maladie), on note une diminution statistiquement significative de Sumo-1 dans le cervelet des souris Atxn7100Q/5Q. Ces résultats, alliés à l'observation de l'accumulation anormale des protéines SUMO-1 et RanBP2 dans le cervelet d'un patient SCA7, suggèrent que les voies de la SUMOylation in vivo peuvent être perturbées dans SCA7