Lieu : CGFB
Soutenance en Français
Maureen Cercy
Equipe de Grégory Giannone (IINS)
Thèse dirigée par Grégory Giannone
Titre
Organisation nanométrique du complexe régulateur de WAVE dans le lamellipode de cellule en migration
Résumé
La motilité cellulaire est impliquée dans plusieurs fonctions biologiques critiques, et sa dérégulation peut conduire à des maladies graves comme le cancer. Il est donc essentiel d’étudier les mécanismes moléculaires qui régissent la formation des structures impliquées dans la motilité cellulaire. La première étape de la migration cellulaire de type mésenchymateuse est la formation lamellipode, protrusion membranaire supportée par un réseau de filaments d’actine et propulsée vers l’avant par la polymérisation de l’actine. La coordination spatio-temporelle des régulateurs de l’actine dans le lamellipode détermine la polarité, l’architecture et les mouvements du réseau de filaments d’actine. Ces régulateurs sont notamment le complexe WAVE (WRC) et le complexe Arp2/3. L’activation du WRC est l’événement moléculaire qui déclenche l’activation du complexe Arp2/3 et donc l’initiation de la formation du réseau de filaments d’actine dans le lamellipode. L’activation du WRC repose sur la libération du domaine WCA activateur du complexe Arp2/3, situé à l’extrémité C-terminale de la sous-unité WAVE. Des études in vitro montrent que deux domaines WCA sont nécessaires pour activer efficacement le complexe Arp2/3. Mais on ne sait pas comment l’organisation spatiale du WRC à l’échelle moléculaire est traduite en activation du complexe Arp2/3 déclenchant la formation du lamellipode. En d’autres termes, la stœchiométrie et la distribution spatiale requise pour traduire l’activation conformationnelle du WRC en une activation efficace du complexe Arp2/3 sont des informations essentielles manquantes. L’utilisation récente de la microscopie de super-résolution (SRM) et du suivi de particules uniques (SRM) a permis de repenser radicalement les assemblages macromoléculaires, en particulier les
structures impliquées dans la migration cellulaire telle que le lamellipode. En suivant les protéines individuelles et en fournissant des images avec des résolutions spatiales inférieures à la limite de diffraction de la lumière, ces techniques donnent accès à l’organisation et à la dynamique à l’échelle nanométrique des complexes protéiques dans les cellules. Pour révéler l’organisation moléculaire du WRC, nous avons utilisé le DNA-PAINT, une technique de SRM avec une résolution spatiale inférieure à 10 nm. Le DNA-PAINT est basé sur l’hybridation de brins d’ADN complémentaires, l’un situé sur la protéine cible (brin d’amarrage) et l’autre sur le fluorophore (brin d’imagerie). Le DNA-PAINT permet le comptage moléculaire des protéines (qPAINT) et l’imagerie de super-résolution multicouleurs (Ex-PAINT). Cela nous a permis d’évaluer la stœchiométrie, les colocalisations et la composition des complexes protéiques dans le lamellipode. Des expériences de qPAINT ont montré que la stœchiométrie du WRC à l’extrémité du lamellipode est de une ; tandis que l’imagerie en direct par nanoscopie RESOLFT a révélé que ces WRCs uniques forment des clusters isolés à l’extrémité du lamellipode. La SRM multicouleur du corps du WRC et de son domaine WCA a montré que l’activation conformationnelle du WRC induit une libération du domaine WCA dans un rayon de 40 nm. En utilisant des protrusions stéréotypées en forme de vague, nous avons corrélé l’organisation moléculaire du WRC avec leur vitesse de déplacement. Nous avons montré que la distance entre les WRCs individuels est inférieure au rayon de leur dépliage conformationnel dans des régions de protrusion rapide du lamellipode, augmentant la possibilité de rencontre des domaines WCA et donc l’activation du complexe Arp2/3. Ainsi, le WRC, fonctionnant comme un complexe isolé, doit être espacé d’une distance inférieure à son dépliage conformationnel pour activer efficacement le complexe Arp2/3 dans le lamellipode. Dans l’ensemble, nos résultats montrent qu’en plus de l’activation biochimique des circuits de signalisation, l’organisation spatiale des protéines est cruciale pour le contrôle de leur fonction dans les cellules.
Mots Clés : Régulateurs de l’actine, Lamellipode, Migration Cellulaire, Microscopie de Super-Résolution.
(En Anglais) : Actin Regulators, Lamellipodium, Cell Migration, Super-Resolved Microscopy
Publication
Mehidi A, Kage F, Karatas Z, Cercy M, Schaks M, Polesskaya A, Sainlos M, Gautreau AM, Rossier O, Rottner K, Giannone G. Forces generated by lamellipodial actin filament elongation regulate the WAVE complex during cell migration. Nat Cell Biol. 2021 Nov;23(11):1148-1162. doi: 10.1038/s41556-021-00786-8. Epub 2021 Nov 4. PMID: 34737443.
Jury
Violaine Moreau (Directrice de Recherche INSERM) – Présidente/Rapportrice
Cécile Leduc (Directrice de Recherche CNRS) – Rapportrice
Christophe Le Clainche (Directeur de Recherche CNRS) – Rapporteur
Laetitia Kurzawa (Chargée de Recherche CEA) – Examinatrice
Alexis Gautreau (Directeur de Recherche CNRS) – Membre Invité
Grégory Giannone (Directeur de Recherche CNRS) – Directeur de Thèse