Lors d’un repas, l’organisme va se charger de digérer, d’assimiler et de métaboliser les aliments et les boissons ingérés. Un déséquilibre alimentaire entre les différents nutriments (glucides, lipides, protéines) contribue à la mise en place d’un stress nutritionnel qui va déclencher en aval un stress cellulaire au niveau des différents tissus et organes. Cette réponse cellulaire implique des cascades de voies de signalisation qui vont contribuer à mettre en place un programme d’adaptation au stress.

Parmi les voies de signalisation activées lors d’un stress nutritionnel, la voie eIF2α/ATF4 joue un rôle clé dans la réponse adaptative de l’organisme. Cette voie est contrôlée par plusieurs kinases dont notamment GCN2 et PERK, respectivement activées par un repas carencé en un acide aminé (AA) indispensable et par un régime riche en graisses (Figure 1). Ces kinases sont capables de phosphoryler la sous-unité α du facteur d’initiation de la traduction eIF2 qui va provoquer l’induction de la traduction de l’ARNm du facteur de transcription ATF4. Ce facteur va interagir avec des séquences promotrices spécifiques appelées séquences CARE (C/EBP-ATF-Responsive Element) et activer la transcription d’un grand nombre de gènes impliqués dans le processus d’adaptation de la cellule au stress (lutte contre le stress oxydant, autophagie….).

Afin de pouvoir visualiser l’activation de cette voie de signalisation en réponse à un stress nutritionnel au niveau de l’animal entier, nous avons récemment généré une lignée de souris transgénique appelée CARE-LUC qui exprime le gène rapporteur luciférase (LUC) sous le contrôle de séquences CARE capables de fixer le facteur de transcription ATF4 (Figure 1). La luciférase exprimée dans les différents tissus catalyse l’oxydation de la luciférine injectée à l’animal. La lumière émise lors de cette réaction est donc proportionnelle à l’expression du gène luciférase. Sa détection permet ainsi de visualiser l’activation de la voie eIF2α/ATF4 en fonction de situations nutritionnelles ou physiopathologiques au niveau (1) de l’animal entier vivant par imagerie bioluminescente, (2) de chaque organe ou tissu par imagerie bioluminescente et dosage enzymatique et (3) de chaque cellule par immuno-histologie en utilisant un anticorps anti-luciférase.

En particulier, cette lignée transgénique nous a permis de visualiser l’activation de la voie eIF2α/ATF4 lors d’un stress nutritionnel consécutif à la consommation d’un régime carencé en un acide aminé essentiel (isoleucine, lysine) que l’organisme n’est pas capable de synthétiser, ou d’un régime riche en graisses (Figure 2 A). Les résultats obtenus par visualisation de la bioluminescence et dosage de l’activité luciférase montrent que, 6 heures après un repas carencé en un acide aminé indispensable, la voie eIF2α/ATF4 est activée notamment dans le foie, le pancréas, le cerveau et les tissus adipeux (TA) blancs et bruns (Figure 2 B et C). Des expériences d’immunohistochimie, ont permis de confirmer l’activation de cette voie dans les hépatocytes (Figure 2 D). Par contre, aucune activation n’est détectée suite à la consommation d’un repas carencé en alanine, un acide aminé non essentiel que l’organisme est capable de synthétiser.

D'après Chaveroux et al, Science Signaling 2015.

Les applications de cette souris CARE-LUC concernent d’abord l’étude de l’équilibre et de la qualité nutritionnelle d’un régime alimentaire et de ses conséquences sur les grandes fonctions physiologiques. D’autre part, étant donné que la voie eIF2α/ATF4 est impliquée dans toute une série de situations physiopathologiques (maladies neurodégénératives, cancer….), la souris CARE-LUC pourra être utilisée pour mieux comprendre le rôle joué par cette voie et pour tester des drogues pharmacologiques capables de moduler son activation.

Si vous êtes intéressés par les applications de notre souris CARE-LUC (collaborations ou prestations de service), vous pouvez contacter Alain BRUHAT.