Vignette : image confocale AiryScan illustrant une jonction neuromusculaire murine et son réseau de microtubules. Fluorescence verte (tubuline tyrosinée), rouge (tubuline acétylée), et bleue (récepteur de l’acétylcholine).

Son nom est très évocateur : histone désacétylase 6 ou encore HDAC6. Bien que membre de la grande famille des histones désacétylases (HDACs), HDAC6 est cytoplasmique et n’est pas connue pour désacétyler les histones nucléaires. Le rôle de HDAC6 est décidément tout autre : elle est impliquée dans des processus biologiques indispensables au fonctionnement cellulaire, notamment la liaison et le transport des protéines ubiquitinées et la désacétylation de protéines cytoplasmiques. HDAC6 se distingue donc nettement des autres HDACs. Membre de la classe IIb de la famille HDAC, l’histone désacétylase 6 est une protéine cytoplasmique de 1 215 acides aminés ( Figure 1 ) composée de cinq domaines caractéristiques bien spécifiques [ 1 ]. Les différents domaines comprennent à son extrémité N-terminale un signal d’export nucléaire (NES) conservé qui empêche son accumulation dans le noyau. Ensuite, on retrouve les deux domaines catalytiques (DD1 et DD2) responsables de l’élimination du groupe acétyl d’un résidu lysine spécifique. Le quatrième domaine SE14 garantit que HDAC6 s’ancre de manière stable dans le cytoplasme. Enfin, à son extrémité C-terminale se localise un domaine à doigt de zinc de liaison à l’ubiquitine (UBD) interagissant avec les composants de la voie ubiquitine-protéasome [ 2 ]. En effet, grâce à son domaine de liaison à l’ubiquitine, HDAC6 joue un rôle essentiel dans la réponse cellulaire aux protéines mal repliées et agrégées. HDAC6 participe au recrutement des agrégats de protéines ubiquitinylées dans l’agrésome [ 3 ]. On notera également que HDAC6 est le seul membre de la famille HDAC qui possède deux domaines catalytiques désacétylases en tandem. Cette duplication est nécessaire à l’activité de désacétylation de la tubuline, mais elle reste encore mal étudiée. En définitive, cet ensemble de domaines fait de HDAC6 une enzyme unique au sein de la famille des HDACs.

Figure 1. HDAC6 : structure et fonction. Plusieurs processus cellulaires sont régulés par HDAC6 qui désacétyle de nombreux substrats cytoplasmiques grâce à ses deux domaines désacétylases.

Figure 1. HDAC6 : structure et fonction. Plusieurs processus cellulaires sont régulés par HDAC6 qui désacétyle de nombreux substrats cytoplasmiques grâce à ses deux domaines désacétylases.

HDAC6 est principalement connue pour son activité désacétylase de protéines cytoplasmiques. Au début des années 2000, le premier substrat physiologique identifié de HDAC6 fut l’α-tubuline [ 4 ]. En effet, HDAC6 a été décrite pour la toute première fois comme une désacétylase spécifique capable de réguler l’acétylation des microtubules. Comme leur nom l’indique, les microtubules sont des tubes de petit diamètre, des filaments cylindriques du cytosquelette présents dans le cytoplasme de toutes les cellules eucaryotes et sont constitués de tubuline α et de tubuline β. L’acétylation de la tubuline α a lieu au niveau de la lysine 40 qui est située dans la lumière des microtubules. Les modifications post-traductionnelles des microtubules, telles que l’acétylation, la tyrosination, la polyglutamylation et la polyglycylation, sont importantes pour la régulation de la polymérisation/dépolymérisation des microtubules [ 5 ]. En particulier, l’acétylation de l’α-tubuline est un déterminant et un marqueur de la stabilité des microtubules. Elle est notamment connue pour réguler les déplacements intracellulaires dépendant des microtubules. Depuis plus de 15 ans, de nombreux autres substrats cytoplasmiques de HDAC6 ont été identifiés tels que la cortactine, HSP90, la survivine, Ku70, la β-caténine, p53, HIF-1α, K-ras, Tat, 14-3-3ζ, Hsc70, HMGN2, Sam68, DNAJA1, MYH9, et RIG-I. Ces nouveaux substrats sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que l’adhérence, la motilité et la migration cellulaire, la formation d’agrésomes, la réponse au stress, l’hypoxie, l’expression des gènes, le cycle cellulaire, ou la mort cellulaire via l’apoptose. HSP90, une protéine chaperonne, fut le deuxième substrat de l’HDAC6 identifié après la tubuline [ 6 ]. Cette protéine est surexprimée en réponse au stress cellulaire et agit sur les protéines impliquées dans les signalisations prolifératives/anti-apoptotiques et dans le contrôle du cycle cellulaire. L’acétylation de HSP90 régule sa stabilité ; en désacétylant HSP90, HDAC6 régule les niveaux de HSP90 et contrôle ainsi de nombreuses oncoprotéines et la propagation de la réponse cellulaire à l’inflammation [ 6 ].

Au cours des dernières décennies, la compréhension croissante des mécanismes épigénétiques a permis l’expansion rapide des connaissances sur le rôle des HDACs dans le développement du cancer. Les inhibiteurs de HDACs représentent une classe de médicaments antitumoraux intéressante compte tenu de la série de réponses moléculaires et biologiques qu’ils induisent et de leur faible toxicité pour les cellules normales. Étant donné que les HDACs modulent diverses fonctions cellulaires notamment celles impliquées dans la survie des cellules et qu’elles sont souvent surexprimées dans les cancers, la découverte des liens entre l’acétylation des histones et les pathologies malignes a incité au développement de nouveaux médicaments ciblant les HDACs. Dix-huit HDACs ont été identifiées à ce jour chez l’homme et sont regroupées dans différentes classes qui tiennent compte de leurs spécificités structurelles et/ou catalytiques. Dans de nombreuses maladies, l’expression et l’activité des HDACs sont accrues et les inhibiteurs généraux des HDACs exercent leurs effets biologiques via l’hyperacétylation d’un grand nombre de protéines cellulaires impliquées dans la mort cellulaire, l’arrêt du cycle cellulaire, la sénescence ou encore l’autophagie. De manière reproductible, l’augmentation de l’acétylation des protéines est inversement corrélée à la prolifération et à la survie des cellules, conduisant ainsi à l’arrêt de la croissance et à la mort des cellules tumorales. Sur cette base, les inhibiteurs d’HDACs ont fait l’objet de nombreux essais cliniques ( Tableau I ). Certains inhibiteurs ont démontré un potentiel thérapeutique prometteur dans des pathologies telles que le lymphome cutané à cellules T, les syndromes myélodysplasiques ou le lymphome diffus à grandes cellules B. Le ginivostat, un inhibiteur général d’HDACs, a montré son efficacité dans des modèles de souris dystrophiques et est cours d’évaluation clinique pour la dystrophie musculaire de Duchenne [ 7 , 8 ]. Dans les modèles animaux, une récupération fonctionnelle et morphologique a été démontrée dans des muscles de souris dystrophiques traitées avec la trichostatine A, un inhibiteur général des HDACs [ 9 ]. De même, l’administration d’un inhibiteur général des HDACs dans un modèle de souris atteinte d’amyotrophie spinale permet aux motoneurones de la moelle épinière d’être protégés de la dégénérescence augmentant ainsi la durée de vie de ces souris [ 10 ]. Cependant, une certaine toxicité des inhibiteurs généraux des HDACs limite leur utilisation chez l’homme. Elle pourrait être due à leur manque de spécificité qui réduirait leur profil de tolérance. Afin de préserver leurs effets bénéfiques tout en réduisant leur toxicité, des composés plus sélectifs ont été développés. La classe IIb, et notamment HDAC6, est apparue comme une arme thérapeutique de choix.

HDAC6 est devenue une molécule prometteuse en raison de ses fonctions et des substrats non-histones qu’elle cible. D’autre part, l’inhibition de HDAC6 ne semble pas causer de toxicité sévère, comme le montre la bonne tolérance des différents inhibiteurs développés ayant une capacité préférentielle à inhiber HDAC6. En résumé et compte tenu de l’effet des inhibiteurs de HDAC6 sur la progression de plusieurs maladies, cette enzyme représente une cible pharmacologique potentielle pour permettre une inhibition sélective dans la famille des HDACs, réduisant ainsi les risques de toxicité liés aux effets non spécifiques des inhibiteurs généraux des HDACs. Au cours de la dernière décennie, de nombreux inhibiteurs sélectifs de HDAC6 ont été développés et étudiés jusqu’à présent. Surtout, et lorsque l’on considère l’inhibition de HDAC6 comme une approche thérapeutique pour les maladies, il est important de mentionner que les souris déficientes en HDAC6 présentent un développement normal et que l’hyperacétylation de la tubuline, observée dans la plupart des tissus en raison de l’absence de HDAC6, n’a que des effets négligeables [ 11 ]. L’ensemble de ces données démontre que les souris survivent bien sans HDAC6 et que l’hyperacétylation de la tubuline n’est pas préjudiciable au développement normal des mammifères. Les différentes études réalisées montrent que l’inhibition de HDAC6 a surtout des effets en conditions pathologiques, suggérant que HDAC6 fonctionnerait comme un facteur de réponse au stress. Cette hypothèse se vérifie au niveau moléculaire puisque l’expression de HDAC6 est contrôlée par les facteurs de transcription FoxO, notoirement impliqués dans la réponse au stress. La régulation de l’expression de HDAC6 par les facteurs FoxO explique sans doute l’augmentation de l’expression de HDAC6 dans de nombreuses situations pathologiques [ 12 ] ( Tableau II ).

La surexpression et l’augmentation de l’activité de HDAC6 sont associées à l’étiologie de plusieurs cancers, du lupus érythémateux disséminé, de maladies inflammatoires et de maladies neurologiques diverses telles que le syndrome de Rett ou les maladies d’Alzheimer et de Parkinson. La tubacine fut la première molécule identifiée capable d’inhiber sélectivement HDAC6 [ 13 ]. Les inhibiteurs identifiés depuis sont indiqués dans le Tableau I . L’inhibition de HDAC6 par la tubacine provoque l’acétylation de la tubuline qui induit l’apoptose dans les cellules de leucémie aiguë lymphoblastique, diminue la mobilité cellulaire et inhibe l’interaction entre HDAC6 et les moteurs moléculaires de la famille des dynéines. Bien que les données précliniques obtenues avec la tubacine soient prometteuses, la haute lipophilie de ce composé n’a pas permis d’envisager des essais cliniques. Pour remédier à cette limitation, la tubastatine A, un dérivé de la tubacine, a été développée [ 14 ]. Parmi tous les inhibiteurs sélectifs de HDAC6, la tubastatine A est le composé le plus connu, le plus utilisé et le plus de spécifique de HDAC6 par rapport aux autres HDACs. La tubastatine A a initialement été décrite pour son effet neuroprotecteur [ 15 ]. Depuis, son action protectrice a été démontrée dans différentes maladies neurodégénératives, neuromusculaires, inflammatoires, dans les cancers, les fibroses et les hypertensions artérielles. Malgré des résultats précliniques très prometteurs, ce composé s’est révélé avoir une biodisponibilité réduite limitant grandement son intérêt thérapeutique. En conclusion, la tubacine et la tubastatine A ne sont pas pour l’instant optimisées pour une administration orale et n’ont donc pas été testées dans des essais cliniques de phase I. À ce jour, parmi les nombreuses molécules capables d’inhiber sélectivement HDAC6, le ricolinostat (ACY-1215, rocilinostat) et le citarinostat (ACY-241) apparaissent comme les candidats médicaments les plus prometteurs et sont actuellement évalués dans des essais cliniques de phase I et II. Le ricolinostat est le premier inhibiteur sélectif de HDAC6 à générer des résultats prometteurs dans les essais cliniques. Cependant, malgré une très bonne tolérance [ 16 ], l’activité du ricolinostat en tant qu’agent unique est limitée et les combinaisons avec d’autres molécules thérapeutiques (non inhibitrices de HDAC6) se sont révélées plus efficaces. Le citarinostat est un dérivé du ricolinostat. Il est administrable par voie orale grâce à une meilleure solubilité que les autres inhibiteurs. Le ricolinostat et le citarinostat sont actuellement évalués en mono- et polythérapies dans des essais cliniques de phase I et II chez des patients atteints de cancers. Ils semblent potentialiser l’action des agents anticancéreux ce qui permet d’espérer qu’ils augmenteront le taux de guérison des patients qui présentent une forte expression de HDAC6 ( Tableau II ).

L’intérêt thérapeutique de l’inhibition de HDAC6 a également été investigué dans d’autres pathologies que le cancer. Des études ont montré que HDAC6 joue un rôle central dans les chondrodysplasies à membres courts causées par des mutations de FGFR3 [ 17 ]. Dans cette étude préclinique, les auteurs montrent que le traitement avec des inhibiteurs de HDAC6 améliore la croissance osseuse. La tubastatine A a également des effets anti-inflammatoires et anti-rhumatismaux significatifs dans les modèles de polyarthrite rhumatoïde et participe ainsi à limiter la destruction des articulations via l’inhibition des voies de signalisation du TNF-α et de l’IL-6 [ 18 ]. Enfin, HDAC6 a également été proposée comme une cible pertinente dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose latérale amyotrophique (SLA) [ 19 ]. La suppression de HDAC6 prolonge considérablement la survie des souris modèles de SLA et maintient l’intégrité des axones moteurs. À noter toutefois que l’inhibition de HDAC6 ne permet pas de retarder l’apparition des symptômes. D’autre part, le laboratoire de Ludo Van Den Bosch a examiné l’impact de l’inactivation de HDAC6 dans différents modèles murins de la maladie de Charcot-Marie-Tooth (CMT) [ 15 , 20 ]. Ces modèles de souris CMTs reproduisent les symptômes humains qui affectent le transport axonal et diminuent les niveaux de tubuline acétylée. Ils montrent que l’hyperactivation de HDAC6 est associée aux CMTs et concluent que l’inhibition de HDAC6 améliore les déficits axonaux en préservant le transport axonal via les microtubules et en favorisant la réinnervation des muscles.

Comme décrit précédemment, l’inhibition de HDAC6 réduit, dans les CMT, la perte axonale et préserve les jonctions neuromusculaires. Les jonctions neuromusculaires (JNM) sont les synapses qui permettent la transmission de l’influx nerveux aux muscles pour contrôler leur contraction. Chez les vertébrés, la transmission synaptique s’effectue grâce à la libération d’acétylcholine par la terminaison nerveuse qui active les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (RACh) localisés dans la membrane musculaire. Lorsqu’ils lient l’acétylcholine, ces récepteurs initient la dépolarisation de la membrane musculaire qui va entraîner la contraction musculaire. Le réseau de microtubules joue un rôle important pour la stabilisation des jonctions neuromusculaires [ 21 ]. Les jonctions neuromusculaires hébergent une sous-population de microtubules stables et régulés par différentes modifications post-traductionnelles telles que la tyrosination et l’acétylation [ 22 , 23 ]. La région sous-synaptique des fibres musculaires produit activement les constituants de la membrane post-synaptique de la JNM. Ceci implique une activité importante de transport de vésicules entre l’appareil de Golgi et la membrane le long des microtubules et suggère l’implication de microtubules stables.

En 2020, nous avons montré que HDAC6 est accumulée au niveau des jonctions neuromusculaires [ 24 ]. Cette accumulation de HDAC6 laisserait supposer une désacétylation et une déstabilisation globale des microtubules de la jonction neuromusculaire. Il n’en est rien grâce à la présence de la paxilline, un inhibiteur endogène de HDAC6. À la JNM, la paxilline est parfaitement colocalisée avec le RACh alors que HDAC6 est distribuée de façon plus large ( Figure 2 ). Il en résulte qu’à l’emplacement du RACh, HDAC6 est inhibée et que les microtubules sont acétylés, alors qu’ailleurs HDAC6 est active et désacétyle les microtubules. Ceci permet de créer un réseau de microtubules stables dirigés directement vers les molécules de RACh présentes dans la membrane en face des zones de libération de l’acétylcholine, tout en déstabilisant les microtubules qui ne sont pas dirigés vers ces zones.

Figure 2. Organisation schématique d’une JNM. Inhibiteur endogène de HDAC6 (en orange), la paxilline (en bleu/violet) colocalise parfaitement avec les RAChs (en vert) au niveau des domaines synaptiques. La présence de la paxilline induit une diminution de l’activité de HDAC6 qui est suivie d’une hyperacétylation du réseau de microtubules (barres en violet). Il en résulte qu’à l’emplacement des RAChs, les microtubules sont stabilisés, ce qui favorise l’acheminement des RAChs et permet la formation d’une jonction neuromusculaire mature. À l’inverse, HDAC6 s’accumule aux JNM, seulement avec une distribution plus large que les RAChs. En absence de paxilline, HDAC6 peut davantage désacétyler les microtubules (barres bleu foncé).

Figure 2. Organisation schématique d’une JNM. Inhibiteur endogène de HDAC6 (en orange), la paxilline (en bleu/violet) colocalise parfaitement avec les RAChs (en vert) au niveau des domaines synaptiques. La présence de la paxilline induit une diminution de l’activité de HDAC6 qui est suivie d’une hyperacétylation du réseau de microtubules (barres en violet). Il en résulte qu’à l’emplacement des RAChs, les microtubules sont stabilisés, ce qui favorise l’acheminement des RAChs et permet la formation d’une jonction neuromusculaire mature. À l’inverse, HDAC6 s’accumule aux JNM, seulement avec une distribution plus large que les RAChs. En absence de paxilline, HDAC6 peut davantage désacétyler les microtubules (barres bleu foncé).

HDAC6 étant impliquée dans la dégradation des protéines au cours de l’atrophie musculaire [ 12 ] et dans la stabilisation des JNM [ 24 ], nous avons traité avec la tubastatine A des souris modèles de la myopathie de Duchenne dans lesquelles on observe une atrophie des fibres musculaires et une fragmentation des JNM. Les souris injectées avec la tubastatine A pendant un mois montrent une réelle amélioration de la masse et de la fonction musculaire, ainsi qu’une réduction significative de la fragmentation des JNM. L’inhibition de HDAC6 s’avère donc être une nouvelle stratégie thérapeutique à explorer dans les myopathies [ 25 ].

Les microtubules étant au cœur de la vie de toutes les cellules, il n’est pas étonnant que l’inhibition de HDAC6 ait un impact dans une grande diversité de situations pathologiques. D’autant que nos travaux ont récemment montré que HDAC6 régule la signalisation du TGF-β en désacétylant le facteur Smad3. Cette nouvelle cible biologique de HDAC6 donne un éclairage nouveau sur les effets bénéfiques de l’inhibition de HDAC6 dans les maladies neuromusculaires, les cancers et les maladies inflammatoires.

La grande diversité de pathologies dans lesquelles l’inhibition de HDAC6 semble avoir un effet bénéfique interpelle et il ne faudrait pas voir les inhibiteurs de HDAC6 comme une panacée. HDAC6 apparaît de plus en plus comme une protéine modulatrice de processus biologiques divers et il est probable que l’utilisation clinique des inhibiteurs de HDAC6 s’avère surtout intéressante pour potentialiser l’action d’autres molécules thérapeutiques, comme ce que les études cliniques déjà réalisées suggèrent.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Alexis Osseni remercie la SFM pour l’attribution du prix Impulsion 2021 pour l’ensemble de ses travaux de recherche, ainsi que l’AFM-Téléthon, l’Inserm, le CNRS, l’UCBL1 et les HCL qui soutiennent activement ses recherches.