HDR – Olivier Thoumine

“Dynamique des interactions adhésives N-cadhérine et IgCAM dans les cônes de croissance neuronaux”

Après une formation d’ingénieur généraliste (Ecole Centrale Paris), je me suis orienté vers la biologie cellulaire en étudiant plus spécifiquement la réponse des cellules vivantes à des sollicitations mécaniques. J’ai effectué ma thèse au Georgia Tech (Atlanta), un post-doctorat à l’Institut Curie (Paris), et des fonctions de Maître de Conférences à l’Ecole Polytechnique de Lausanne (Suisse). J’ai été recruté au CNRS en 2001 sur un poste à l’interface physique-biologie dans l’équipe de D. Choquet à l’Université Bordeaux 2. J’ai développé ici un axe de recherche centré sur le rôle des protéines d’adhésion neuronales et des forces mécaniques dans les étapes initiales de la synaptogénèse.

Grâce à des collaborations avec des biologistes cellulaires apportant les outils moléculaires appropriés, je me suis intéressé aux protéines d’adhésion N-cadhérine, NrCAM et L1. J’ai mis au point un système semi-artificiel constitué de microsphères recouvertes de molécules d’adhésion recombinantes, qui établissent des contacts spécifiques avec des cultures neuronales primaires et miment ainsi des contacts initiaux entre neurones. Les neurones sont transfectés avec des récepteurs d’adhésion fusionnés à des protéines fluorescentes (GFP/RFP), pour permettre une visualisation dynamique en microscopie de fluorescence. Les récepteurs sont dans leur forme sauvage ou mutée dans des séquences spécifiques pour perturber leurs liaisons à des partenaires cytoplasmiques identifiés. J’utilise des techniques d’imagerie photonique (pinces optiques, photo-blanchiment, photoactivation) pour sonder les processus d’adressage et de mobilité latérale des récepteurs, et mesurer les cinétiques et les forces des interactions ligand-récepteur et récepteur-cytosquelette, notamment au niveau du cône de croissance. J’ai encadré deux étudiants en Master 2 (E. Saint-Michel, L. Bard) et j’encadre une étudiante en thèse (C. Dequidt) sur ces projets.

En particulier, nous avons disséqué les mécanismes moléculaires responsables du couplage entre le récepteur NrCAM et le cytosquelette d’actine, qui impliquent à la fois des interactions avec des partenaires cytoplasmiques et l’association aux radeaux lipidiques. Puis, en utilisant des constructions NrCAM-GFP tronqués dans leurs régions extracellulaires ou cytoplasmiques et marqués avec des Quantum Dots, nous avons montré que la mobilité latérale d’un récepteur est inversement corrélée à sa taille, mais que cette mobilité joue peu sur la vitesse à laquelle ces récepteurs s’accumulent au niveau d’un contact adhésif. Nous avons aussi montré que les adhésions homophiliques N-cadhérine sont constamment recyclées, et que ce renouvellement est finement régulé par les caténines. Nous explorons aussi les contributions respectives de la diffusion membranaire et du trafic intracellulaire dans le renouvellement des adhésions L1. Dans leur ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre les processus d’établissement et de recyclage des contacts neuronaux.

Dans un avenir proche, je souhaite continuer à étudier ces processus par des techniques d’imagerie photonique (FLIM, FRET, TIRF), pour répondre à des questions spécifiques sur les processus d’oligomérisation de récepteurs et de trafic membranaire nécessaires à la mise en place et à l’équilibre dynamique des complexes adhésifs neuronaux. Je souhaite aussi explorer les voies de mécano-tranduction associées, en soumettant les cellules à des forces mécaniques contrôlées et en caractérisant les complexes moléculaires adhésifs par analyse protéomique.

Publications

Thoumine O, Lambert M, Mège RM, Choquet D (2006). Regulation of N-cadherin dynamics at neuronal contacts by ligand binding and cytoskeletal coupling. Mol. Biol. Cell 17, 862-875

Thoumine O, Saint-Michel E, Dequidt C, Falk J. Rudge R, Galli T, Faivre Sarrailh C, Choquet D (2005). Weak Effect of Membrane Diffusion on the Rate of Receptor Accumulation at Adhesive Contacts. Biophys J. 89, L40-42.

Falk J, Thoumine O, Dequidt C, Choquet D, Faivre-Sarrailh C (2004). NrCAM coupling to the cytoskeleton depends on multiple protein domains and partitioning into lipid rafts. Mol. Biol. Cell. 15, 4695-4709.