Neuréguline

INTRODUCTION

En fait dans un premier temps ce champs particulier de recherches étudiait  la liaison entre la structure de la peau et la puissance de la prolifération des cellules épithéliales ce qui a permis de distinguer deux types de cellules de l’épiderme: (a) les cellules avec moins d’énergie et de prolifération des cellules ayant un plus grand pouvoir de prolifération. Puis dans les années 1970 il y aura l’identification d’un polypeptide de 53 résidus que l’on baptise  EGF (= Epithelial/Epidermal Growth Factor) ne possédant que 6 résidus cystéines et dont les 6 derniers résidus ne semblent pas essentiels pour une activité biologique.

Ensuite un dizaine d’année plus tard,  on va parler de l’identification d’une protéine baptisée la Héréguline (HRG-alpha), une protéine d’environ   45-kilodalton qui fut à partir du milieu conditionné d’une lignée cellulaire de tumeur du sein humaine.

Puis  en  1983 on va identifier et purifier partiellement un facteur  de faible poids moléculaire capable d’Induire la synthèse des récepteurs de l’acétylcholine et de favoriser leurs  l’agrégation. Durant l’année 1985 deux équipes de recherches indépendamment découvrent un facteur qui semble capable au cours d’un essai biologique favoriser la hausse de l’activité de la choline acétyltransférase dans des neurones sympathiques cultivés pendant 12-15. De plus un tel facteur  de taille variable, de 21-25 à 45 kDa, résiste à une présence durant  10 minute à 100°C sans perdre son activité

séquneces variables de type EGFPuis dans les années 1990 les découvertes s’accélèrent en particulier sur une nouvelle famille de protéines qui se ressemblent  dites  « EGFR-like  » (=Epidermal Growth Factor Receptor). En 1994 on parle d’une famille des facteurs de différenciation Neu (NDF= Neu Differentiation Factors) et on va explorer l’activité biochimique de ces différentes isoformes de NDF. Le clonage exhaustive a révélé l’existence de six distinctes formes  fibroblastique dites pro-NDF, dont la structure transmembranaire de base comprend un motif de type immunoglobuline et un domaine dit facteur de croissance épidermique (EGF). La grande variation structurelle est cependant limitée et on identifie  trois domaines: la partie C-terminale du domaine de EGF, le l tronçon adjacent  qui est tans-membranaire, et le domaine cytoplasmique de longueur variable. On a lors une première allure générale d’un motif EGF et de ses variantes selon la source. Une illustration donne un schéma récapitulatif de ce premier constat.

Ainsi il va être observé que parmi les composants de la famille des polypeptides de type Héréguline, il existe des variants d’épissage mais  un seul gène et le  domaine correspondant  au facteur de croissance épidermique est bien conservé (EGF) ce qui laisse penser qu’il pourrait   être le principal déterminant de leurs activités biologiques.

Puis cette même année on va progressivement découvrir qu’il existe une forme précurseur beaucoup plus longue que l’on nommera « Pro- » et dont il va ensuite exister diverses formes solubles (clivage enzymatique par la Subtilisine)  qui porteront dans un premier temps le nom de ARIA (=Acetylcholine-Receptor Inductible Activity).

Les Neurégulines

Séquences de NeurégulinesAujourd’hui après de nombreux sigles différents parmi lesquels on trouve : Acetylcholine receptor-inducing activity ( ARIA), Breast cancer cell differentiation factor (p45) , Glial growth factor (GGF), Héréguline (HRG), mais aussi un peu plus tard nommée comme “Neu differentiation factor Sensory and motor neuron-derived factor” (Neu-HERG) avec divers sigles comme GGF, HGL, HRGA, NDF, SMDF, puis la nomenclature définitive est établie pour parler de la Pro-NRG pour le précurseur intact tandis que la forme clivée sera identifiée comme la Neuréguline soit NRG dont le chiffre de 1 à 3 qui va permettre de décliner dans un premier temps l’existence de 43isoformes avec pour plus de détails les liens Swiss Prot respectivement : Q02297 :   O14511 ;   P56975 . Un tableau récapitulatif donne un résumé des séquences correspondantes.

portrait robot de la Pro-Neuréguline-1Avec ces diverses indications de séquences il était possible de dresser un portrait-robot de la Neuréguline et d ses principaux domaines. Du N-terminal au C-terminal on trouve un domaine Ig-like puis le domaine EGF-like suivi du domaine transmembranaire TM et d’une séquence que l’on va localiser dans le cytoplasme de la cellule. .

Pour autant cette protéine Pro-Neuréguline va donner avec le segment juste avant la zone transmembranaire sera susceptible d’être excisé pour donner une partie soluble ne contenant que les domaines Ig-like et EGF-like, on parle alors de la forme de Neuréguline soluble. Un nouveau clivage juste avant les 53 résidus constituant le domaine EGF sera également possible pour Arrangement spatial de la zone EGF de la Neuréguline-1libérer un domaine EGF- libre et soluble. On trouvera alors sur un schéma présenté ci-contre une représentation de  la structure spatiale de la partie correspondant à environ 60 résidus du domaine EGF-Like soluble de la Neuréguline fortement déduit de la structure de  l’Alpha-Héréguline en solution.  

 

Dans le détail on découvre alors que dans les fibroblastes au moins une métalloprotéinase va réaliser la coupure au sein d’une région richement glycosylée (domine STALK et/ou CH) juste avant le domaine transmembranaire ce qui transforme une pro-Neuréguline en 2 segments la portion N-terminale (NTF) qui va Obtention de la Neuréguline maturecontenir la région du domaine EGF-like bioactive et la partie C-terminale (CTF) aussi nommée  comme la queue cytoplasmique restant dans le cytoplasme. Un schéma présenté ci-contre résume cette étape.

Par ailleurs en 1995  on va alors investir des recherches sur la Neuréguline et de potentiels recepteurs. Puis des comparaisons de séquences ont lieu entre SMDF, GGF, HRGb^ta1, et ARIA.
Puis en 1997 un premier bilan est réalisé sur les Neurégulines et les potentiels récepteurs. Puis ce sera l’identification de nouvelles isoformes de la Neuréguline par exemple la forme gamma de l’Héréguline qui tout comme les autres entités de cette famille de protéines présente des épissages alternatifs multiples.

6 types de Pro-NeurégulineEnfin, plus tard en 2008 on va finalement compter 6 isoformes complètes de Pro-NRGs et le profil de chacune accrochée à la membrane figure dans le schéma présenté ci-contre et directement issu de l’article en référence. Les formes matures et libre pour 5 d’entre elles figures également sur ce schéma récapitulatif et sont indiquée comme les formes matures correspondantes (identifiées en rouge sur le schéma). Pour plus de détails sur l’épissage qui a donné naissance à ces diverses formes consulter l’article de référence).

Rôle des Neurégulines

En 2006 un travail original démontre une participation active de la Neuréguline dans le processus de  myélinisation des axones.

Par ailleurs une illustration résume les implications de la maturation de l’entité Pro-NRG en ses divers dérivés d’une part  cytoplasmique et d’autre part  intra-synaptique au niveau d’une synapse. Ancré à la surface du nerf il y a la présence de la protéine dite Pro-NRG. Si on observe bien tout d’abord la libération extracellulaire par une métalloprotéinase de la partie EGF Maturation de la Pro-Neuréguline à la synapselibre de la Neuréguline-mature, un autre clivage réalisé par une gamma-Secretase intra cytoplasmique libère le domaine cytoplasmique qui est relocalisé dans le noyau pour réaliser un contrôle en retour pour contrôler la régulation de la transcription du gène. Par ailleurs une protéine de la famille des ErbB va alors servir de site de liaison pour la partie soluble correspondant à la Neuréguline-mature. À ce stade des recherches ni le processus exact, ni l’importance d’une éventuelle importance d’une étape de phosphorylation n’est alors connu.

Une étude de 2006 analyse alors la formation d’un dimère du récepteur ErbB3 avec le domaine EGF de la Neuréguline. On trouve  sur le schéma présenté ci-contre , une représentation spatiale de la chaîne respective colorée en bleu et en complexe entre un hoodimère de ErbB3 et la partie EGF de la Neurégulinejaune pour chaque protéine ERB3 avec leurs domaines respectifs figurant comme les motifs I à IV. Le domaine EGF-like de la Neuréguline figure en vert et en rouge avec la présence du domaine adjacent Ig-like qui figure en blanc.

 

Une représentation schématique montre les 6  zones pour un rôle de la Neuréguline-mature au niveau des différentes synapses excitatrices typiques. Dans le détail (chiffres de 1 à 6 en rouge) on trouve que : La Neuréguline qui peut être libérée par les neurones pour stimuler la formation et la maintenance des cellules gliales radiales qui sont nécessaire pour une migration radiale des zones ventriculaires vers la surface de la pie-mère (1) ; Une migration tangentielle des GABAA niveau inter neuronaux ce qui va requérir la Neuréguline dans la région corticale, la navigation d’un axone Thalamo-Cortical au travers le diencéphale 6 zones d'influence de la Neuréguline maturenécessite alors l’expression des Neuréguline au niveau des cellules corridors  (2) ;  La myélinisation du nerf périphérique est contrôlé par une large présence de Neuréguline produite par les axones (3) ; La présence de Neuréguline qui doit être régulée par le développement des oligodendrocytes et la myélinisation des axones dans le système nerveux central SNC (4) ; La Neuréguline qui est indispensable à la formation de la jonction Neuromusculaire JNM probablement via un effet sur la différenciation et la survie des cellules de Schwann (5) ; La Neuréguline qui est aussi impliquée pour stimuler la  formation des synapses du SNC (6). (Voir des détails supplémentaires dans l’article original qui est en référence).

 

Au cours de l’année 2008 de nombreuses avancées furent réalisées sur le mécanisme d’action de la Neuréguline et des formes différentes issues du même gène mais produisent des protéines dont chacune possède un rôle spécifique. Puis on va découvrir une implication nouvelle des Neurégulines dans le développement des cancers.  En fait chez la souris la surexpression des Neurégulines
dans les  tissus mammaires favorise la génération des adénocarcinomes et augmente la propagation métastatique de cancer du sein. En outre, la réduction  par l’utilisation d’oligonucléotides antisens spécifique de la Neuréguline réduit la tumorigénèse et la métastase des cellules  cancéreuses du sein). En outre, il est observé que chez  de nombreux patients atteints de cancer du sein la  présence des Neurégulines exprimées est en corrélation avec la réponse clinique à certains traitements anti-tumoraux.

En 2009, une attention particulière est porté sur la Neuréguline NRG-1 et son récepteur  ErbB  qui vont être activés par  une cascade de signalisation impliquant Erk 1/2, Akt, et FAK. En outre, ce complexe interagit avec d’autres systèmes tels que le complexe de l’Adhésion Focale impliqué dans la β-stimulation adrénergique au niveau du cœur. La figure n°2 de l’article en référence résume la situation des diverses voies de signalisation impliquant la Neuréguline.

Puis en 2011, les relations entre  la Neuréguline et les récepteurs erbB2 et erbB4 dans le cœur sont  mieux compris. Les Neurégulines sont exprimés dans le cœur des adultes au niveau des cellules endothéliales micro vasculaires, et elles agissent sur les myocytes adjacents après une  libération protéolytique par une métalloprotéinase matricielle. L’activation du dimère erbB2 et erbB4 récepteur de la Neuréguline conduit à une activation en aval des signaux qui régulent la biologie des myocytes. (Un schéma contenu dans l’article en référence résume la situation).

Développement cardiovsculaire et Neuréguline matureEn 2012, de nouvelles données permettent de mieux appréhender le rôle de la voie de  signalisation  Neuréguline / ErbB2 / ErbB4 dans le Coeur avec des informations particulières sur les effets en ce qui concerne la prolifération des cardiomyocytes. Une illustration résume dans un cardiomyocyte l’ensemble des étapes du développement dans lesquels la Neuréguline va jouer un rôle important ce qui aura bien sur des conséquences si une altération de la Neuréguline est constatée. Le schéma présenté ci-contre illustre ce chapitre.

Puis en 2013, le facteur de croissance des cellules gliales de type 2 (GGF2), une  isoforme intraveineuse de la Neuréguline-1β améliore la fonction ventriculaire gauche, de même que l’expression génique et protéique de cette protéine chez le rat après un infarctus du myocarde. Une année plus tard on découvre que la Neuréguline participe activement à la signalisation entre cellule endothéliales et cardiomyocytes. On va également lui attribuer des effets aussi bien anti-fibrotique que de type anti-remodelage dans un contexte d’insuffisance cardiaque. Par ailleurs dans l’alvéole pulmonaire en développement il est rapporté une participation importante pour le complexe Neuréguline-Erb4.

Voies de signalisation cardiaque et NeurégulineEn  2015  la Neuréguline  1 est définie comme une protéine susceptible d’améliorer la tolérance au glucose chez les rats aussi bien  adultes que plus rats âgés. Cependant une étude relativement bien documentée résume et montre dans le détail l’importance et le rôle précis de la Neuréguline dans le développement cardiaque ainsi que dans les cas de déficience en Neuréguline. Les caractéristiques de la maladie en particulier dans le cœur sont analysées et résumées dans  un seul diagramme qui est présenté ci-contre .

Chez la souris db/db (voir détail dans la référence indiquée) ce travail indique que la forme de Neuréguline de type 1 est capable d’améliorer la tolérance au glucose.

Pathologies et Neurégulines

En 1999 c’est la forme Neuréguline de type 2 qui est proposée comme protéine candidate pour une forme autosomale liée au chromosome 5 de la maladie humaine dite de «  Charcot-Marie-Tooth disease ».

En 2002 jusqu’à cette date rien n’était connu et pour la première fois on va  identifier la  Neuréguline (NRG1) en tant que gène candidat pour la Schizophrénie. En effet comme cela est indiqué plus haut la NRG1 est exprimée au niveau des synapses du système nerveux central et a un rôle clair dans l’expression et l’activation des récepteurs de neurotransmetteurs, y compris les récepteurs de glutamate, ce qui en fait une cible potentielle d’altération responsables des symptômes observés lors d’une Schizophrènie.

En 2006 on va identifier un modèle animal qui possède une Neuréguline mutée dans sa région transmembranaire, la souris Nrg1 TM HET, qui possède pour cette séquence particulière une mutation faux-sens dans l’exon 11 avec la présence d’une Leucine pour une Valine  et cet animal montre un phénotype Shizophrénique typique, qui est de plus caractérisé par une hyper locomotion  dépendante de l’âge.

Par ailleurs en 2012, les récentes découvertes impliquent la Neuréguline dans le développement du cœur  et de fait en font une cible importante pour en cas de déficience provoquer des pathologies cardiaques. Puis, il est rapporté que dans la maladie de Hirschsprung, une relation altérée entre RET et NRG1, serait responsable de cette pathologie.( En fait la protéine RET (Synonymes:CDHF12, CDHR16, PTC, RET51 résulte d’un clivage du Proto-oncogene c-Ret (protéine de 1071 résidus) qui donne d’une part une kinase soluble RET d’environ 310 résidus et un fragment ancré à la membrane de 679 résidus.)

Un constituant majeur  du cannabis, le Cannabidiol (CBD) est utile pour son potentiel thérapeutique dans le traitement psychiatrique des troubles associés à la Schizophrénie.  On va lors mettre en évidence que les effets neurocomportementaux sont clairement  distincts si on étudie sur  les souris mutantes de type Nrg1 TM HET les effets  du Cannabidiol . De plus les souris mutantes sur la Nrg1 dans son domaine transmembranaire montrent une altération de la sensibilité aux actions neurocomportementaux suite à l’exposition répétée au THC (=Δ(9)-TetraHydroCannabinol) durant  l’adolescence. Ainsi les connaissances acquises permettent en 2013 de mieux définir l’implication de la Neuréguline dans le développement de la Schizophrénie et de proposer des animaux modèles pour son étude. Un autre travail indique qu’en cas de Diabète de type 1 on observe une abrogation de l’augmentation compensatoire de l’infarctus par le complexe  Neuréguline-1β / ErbB en réponse à un infarctus du myocarde résultant d’une aggravation de l’insuffisance cardiaque.

Puis, on trouve dans l’article en référence un répertoire des Phénotypes comportementaux chez les  modèles animaux atteints de  schizophrénie en relation avec  de multiples combinaisons de facteurs génétiques et environnementaux. On découvre également en 2013, une variante de faux-sens (changement d’une Méthionine pour une Thréonine) dans le gène codant pour la Neuréguline 1 est associé à la schizophrénie et de la mort subite d’origine cardiaque. Le domaine transmembranaire de la Neuréguline s’il est altéré va provoquer un déséquilibre entre l’expression des récepteurs glutamatergique et dopaminergique chez la souris.

Rôle des Neurégulines dans le système cardiovsculaireEnsuite les études montrent que la Neuréguline peut être considérée comme une axe de thérapie pour l’insuffisance cardiaque et se révèle alors comme un médiateur de remodelage inverse. Un schéma récapitulatif montre le rôle central de la Neuréguline au sein du système cardiovasculaire

De plus il apparait que la Neureguline induit au stade embryonnaire des cellules souches cardiomyogénèse via les récepteurs ErbB3 / ErbB2. Une délétion génétique partielle de la Neuréguline 1 module les effets du stress sur le déclenchement de la réponse sensorielle, la morphologie dendritique, et l’activité de l’axe HPA (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal)  chez les souris adolescentes.Une nouvelle  thérapie efficace  pour traiter une insuffisance cardiaque et jouer le rôle de médiateur inverse du remodelage cardiaque. De nouvelles approches permettent de mieux identifier les mutations non-sens sur la Neuréguline et l’impact sur le développement d’une Schizophrénie.

Mutations connues sur la Pro-NeurégulineUne revue donne actuellement une vue détaillée sur l’expression de la  Neuréguline 1 expression et sur les anomalies électrophysiologiques chez la souris mutante hétérozygote. Une approche sur un pronostic et une thérapie en relation avec le développement d’un adénocarcinome gastrique chez les chinois  associe également des mutations au niveau de la Neuréguline.  Une compilation de l’ensemble des mutations trouvées sur les Neuréguline figure dans le diagramme suivant en associant les résidus mutés avec les région et domaines trouvé sur la Neuréguline.

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur Les Neurégulines il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

A)    chaque Neuréguline avec son lot de références historiques.

B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : NEUREGULIN 1; NRG1

Pathologies associées:
SCHIZOPHRENIA SUSCEPTIBILITY LOCUS, CHROMOSOME 8p-RELATED, SCZD6

Protéine: NEUREGULIN 2; NRG2

Pathologies associées: pas connue en 2015

Protéine : NEUREGULIN 3; NRG3

Pathologies associées: pas connue en 2015