L'insertion membranaire de la protéine pro-apoptotique Bax est un processus muti-étapes dépendant de TOM22

L'apoptose est le processus par lequel les cellules animales s'autodétruisent en réponse à un signal de mort (par exemple, des dommages à l'ADN). La voie intrinsèque est contrôlée par les protéines de la famille de Bcl-2. Parmi elles, la protéine multidomaine pro-apoptotique Bax joue un rôle central. Bax est présent dans une conformation inactive dans les cellules non apoptotiques. Après un signal apoptotique, Bax est activé et relocalisé vers la membrane externe de la mitochondrie (MOM), où il s’oligomérise pour former un pore de grande taille qui favorise la libération de plusieurs facteurs apoptogènes (par exemple le cytochrome c), qui contribuent à l'activation en aval des caspases. En solution, Bax est organisé en 9 hélices α. Dans sa conformation soluble, l'hélice α9 hydrophobe est stabilisée dans un sillon hydrophobe formé par les 3 domaines BH de la protéine. Le processus d'insertion et d'oligomérisation de Bax dans la MOM reste mal compris. Contrairement à ses partenaires antiapoptotiques (Bcl-2 et Bcl-xL) qui ont une séquence d'ancrage dans la MOM à leurs extrémités C-terminales, ce même domaine chez Bax est important pour maintenir la forme soluble de la protéine. Il est donc important de comprendre comment Bax perméabilise sélectivement la MOM lorsque l'apoptose est induite. Il a été montré que lorsque l'apoptose est induite, l’adressage de Bax dans la MOM dépend de la présence de TOM22 (une sous-unité du complexe d'importation des protéines mitochondriales TOM). Les mécanismes d’adressage et d’insertion de Bax dans la MOM restent cependant mal connus.Dans ce travail, nous avons mis en place un système acellulaire pour étudier les mécanismes sous-tendant la translocation, l’insertion et l’oligomérisation de Bax dans un modèle membranaire simple, les nanodisques. Nos résultats montrent que l’insertion de Bax dans les nanodisques est un processus multi-étapes impliquant deux changements conformationnels successifs, l’exposition d’un domaine hydrophobe dans l’hélice ɑ1, et le dégagement de l’hélice ɑ9 conduisant à l’insertion de la protéine dans la bicouche lipidique. La bicouche lipidique induit le premier changement conformationnel permettant ainsi l’interaction avec TOM22 qui induit le second changement conformationnel. Des expériences de biochimie et de microscopie électronique à transmission ont montré que ce mode d’insertion conduit à la formation d’un oligomère actif de Bax.Nous avons également mis en évidence un second mode d’insertion de Bax impliquant une co-insertion avec son partenaire anti-apoptotique Bcl-xL sous-forme d’un hétérodimère inactif.Il a été précédemment établi que l’action des molécules BH3 mimétiques utilisées en thérapies anticancéreuses était suffisante pour activer Bax et donc rétablir l’apoptose. Nos données montrent que même après l’action des BH3 mimétiques, la perméabilisation de la MOM par Bax reste dépendante de TOM22, suggérant ainsi que les effets des molécules BH3 mimétiques pourraient être potentialisés par des molécules mimant l’effet de TOM22 sur Bax.