Cell death is an essential process in multicellular organisms that ensures the proper removal of cells, at an appropriate time, to maintain homeostasis. It occurs under physiological and pathological conditions, including during tissue maintenance or after an infection. Cell death can occur either passively or in an active, programmed manner. Passive cell death, necrosis, occurs after chemical or physical trauma or injury, and usually results in plasma membrane rupture (PMR). On the other hand, programmed cell death (PCD) is part of the physiological programs of the cells and includes apoptosis, necroptosis, pyroptosis, ferroptosis, NETosis, among others. PCD can be further divided into two types: lytic and non-lytic death. Interestingly, most types of PCD conclude in cell lysis, which is defined by PMR and release of cytosolic contents. Sorne of the intracellular molecules released function as alarmins and trigger inflammation and the innate immune response to eliminate the danger. Until recently, PMR was generally thought to be a passive consequence of osmotic pressure induced by ionic imbalance and water influx in dying cells. However, a landmark study recently showed that PMR is an active mechanism controlled by the plasma-membrane protein ninjurin-1 (NINJ1).
During my PhD research I aimed to delve deeper into the role of NINJ1 in lytic cell death, focusing on determining the structure of active NINJ1 and investigating whether NINJ1 executes plasma membrane rupture in other types of cell death. Through structural and functional studies, I contributed to demonstrating that active NINJ1 oligomerizes to form filamentous structures upon the induction of cell death. Furthermore, we elucidated the architecture of NINJ1 filaments, which was functionally validated by site-direct mutagenesis. Overall, our findings revealed that NINJ1 forms fence-like filaments that cap membrane edges, resulting in large plasma membrane lesions responsible for the release of DAMPs. Furthermore, I contributed to uncovering the role of NINJ1 in ferroptosis, a lytic cell death characterized by iron overload and lipid peroxidation. My research has shown that NINJ1 oligomerizes into filaments downstream of lipid peroxidation, mediating loss of plasma membrane integrity and membrane rupture. Deletion of NINJ1 prolonged protection against ferroptotic cell lysis and reduced DAMP release, highlighting its significance as a potential therapeutic target. Overall, these findings contribute to a deeper understanding of lytic cell death mechanisms and underscore the importance of NINJ1 in regulating this process.
--
La mort cellulaire est un processus essentiel dans les organismes multicellulaires qui assure l'élimination correcte des cellules, à un moment approprié, afin de maintenir l'homéostasie. Elle se produit dans des conditions physiologiques et pathologiques, notamment lors du renouvellement tissulaire ou après une infection. La mort cellulaire peut se produire soit de manière passive, soit de manière active et programmée. La mort cellulaire passive, la nécrose, survient après un traumatisme ou une blessure chimique ou physique et se traduit généralement par une rupture de la membrane plasmique (PMR). D'autre part, la mort cellulaire programmée (PCD) fait partie des programmes physiologiques des cellules et comprend l'apoptose, la nécroptose, la pyroptose, la ferroptose, la NETose, entre autres. La PCD peut être divisée en deux types : la mort lytique et la mort non lytique. Il est intéressant de noter que la plupart des types de PCD se terminent par une lyse cellulaire, qui se définit par une PMR et la libération du contenu cytosolique. Certaines des molécules intracellulaires libérées fonctionnent comme des alarmines et déclenchent l'inflammation et la réponse immunitaire innée pour éliminer le danger. Jusqu'à récemment, on pensait généralement que la PMR était une conséquence passive de la pression osmotique induite par le déséquilibre ionique et l'afflux d'eau dans les cellules mourantes. Cependant, une étude historique a récemment montré que la PMR est un mécanisme actif contrôlé par la protéine de la membrane plasmique ninjurine-1 (NINJ1).
Au cours de mon doctorat, j'ai cherché à approfondir le rôle de NINJ1 dans la mort cellulaire lytique, en me concentrant sur la détermination de la structure de NINJ1 lorsqu'il est actif. De plus, j'ai voulu savoir si NINJ1 est responsable de la rupture de la membrane plasmique dans d'autres types de mort cellulaire. Grâce à des études structurelles et fonctionnelles, j'ai contribué à démontrer que, lorsqu'il est actif, NINJ1 s'oligomérise pour former des structures filamenteuses responsables de la lyse cellulaire. En outre, nous avons élucidé l'architecture des filaments de NINJ1, qui a été validée fonctionnellement par mutagenèse. Dans l'ensemble, nos résultats ont révélé que NINJ1 forme des filaments en forme de clôture qui coiffent les bords de la membrane, ce qui entraîne de grandes lésions de la membrane plasmique qui sont responsables de la libération de DAMPs. D'autre part, j'ai contribué à la découverte du rôle de NINJ1 dans la ferroptose, une mort cellulaire lytique caractérisée par une surcharge en fer et une peroxydation des lipides. Mes recherches ont montré que NINJ1 s'oligomérise en filaments après la peroxydation lipidique, provoquant la perte d'intégrité de la membrane plasmique et sa rupture. La déletion de NINJ1 a prolongé la protection contre la lyse des cellules ferroptotiques et réduit la libération de DAMPs, soulignant son importance en tant que cible thérapeutique potentielle. Dans l'ensemble, ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes de mort cellulaire lytique et soulignent l'importance de NINJ1 dans la régulation de ce processus.