– Tyr-TIPs

La découverte de l'instabilité dynamique des microtubules, avec une succession stochastique de phases d'assemblage et de désassemblage catastrophique, a favorisé l'émergence d'un modèle darwinien de l'organisation microtubulaire et de la morphogénèse cellulaire. Dans ce modèle, les microtubules explorent leur environnement par des fluctuations de longueur aléatoires et la sélection naturelle opère en pérennisant les polymères dont l'extrémité + trouve par chance un complexe membranaire stabilisant. Il semble toutefois que dans de nombreux cas la cellule exerce un contrôle étroit sur la dynamique des microtubules, en régulant des complexes de protéines (+TIPs) capables de s'associer spécifiquement à leurs extrémités, ou des moteurs dépolymérisants. Dans la levure, il est établi que les + TIPs localisent les catastrophes microtubulaires à des domaines membranaires spécifiques, et que cela est crucial pour la morphogenèse cellulaire. Nous avons récemment montré que le cycle de tyrosination de la tubuline, dans lequel le résidu tyrosine C-terminal de la tubuline est successivement clivé de la chaîne peptidique par une carboxypeptidase (TCP) puis ré-ajouté à la tubuline par une ligase (TTL), avait une effet majeur sur le recrutement d'une sous classe de +TIPs, aux extrémités microtubulaires. La suppression de la TTL, et la dé-tyrosination de la tubuline qui en résulte, inhibent ce recrutement, ce qui semble favoriser la prolifération des cellules tumorales et a des conséquences létales sur le développement et l'organisation neuronaux, dans la souris. La plupart des anomalies générées par la détyrosination de la tubuline peuvent être reliées à des défauts de contrôle du positionnement du fuseau mitotique et de la polarisation des cellules, des phénomènes qui dépendent des interactions entre extrémités + des microtubules et cortex cellulaire. Le programme proposé vise à poursuivre notre travail sur le cycle de tyrosination et à tester d'autres régulateurs possibles des extrémités + des microtubules, tels les petites GTPases, les phosphoinositides ou le calcium. Nous proposons ensuite de localiser ces régulations dans la cellule, en utilisant des micro-patrons de protéines adhésives pour standardiser l'organisation cellulaire. 1) Tyrosination : a)nous avons des indications fortes qu'en plus de ses effets sur les + TIPs, la détyrosination de la tubuline inhibe l'activité des moteurs dépolymérisants de la famille KIF2. Une fois ces indications confirmées, nous projetons de décrire les principaux phénotypes cellulaires associés à cette inhibition et, par des études biochimiques et biophysiques d'en proposer une explication structurale plausible. b) Chez les mammifères, la tubuline est extensivement détyrosinée dans les cellules différenciées et la fonction de cette détyrosination est inconnue. Pour élucider cette fonction nous avons entrepris de caractériser la TCP au niveau moléculaire avec comme prospective d'étudier les conséquences de son inhibition au niveau cellulaire et dans l'animal entier. 2) Petites GTPases : nous avons observé que dans la levure comme dans les fibroblastes de souris, l'activation de petites GTPases peut re-localiser les +TIPs aux extrémités des microtubule détyrosinés. Nous utilisons la levure pour élucider les mécanismes moléculaires correspondants et guider des recherches ultérieures dans les cellules animales. 3) Phosphoinositides : nous avons des indications d'un couplage fonctionnel entre interaction microtubules/cortex et signalisation par les phophoinositides, dans la levure. Nous rechercherons les mécanismes moléculaires impliqués. Dans les cellules de mammifères, nous testerons si les +TIPs sont impliqués dans les effets du lithium et du valproate, qui sont utilisés comme stabilisateurs de l'humeur, qui ont en commun une activité sur le métabolisme des phosphoinositides, et qui affectent à la fois l'organisation des membranes et des microtubules. 4) Calcium : nous avons détecté des séquences de liaison du complexe calcium-calmoduline dans des domaines de +TIPs impliqués dans leur interaction avec les microtubules ou d'autres partenaires. Nous évaluerons la signification de ces séquences de liaison de la calmoduline dans des tests biochimiques et cellulaires. 5) Micro-patrons : nous utiliserons des matrices organisées en micro-patrons pour standardiser l'organisation des cellules et de leurs domaines membranaires et tester si dans les cellules animales comme dans la levure, la dynamique microtubulaire est régulée au niveau de domaines membranaire spécialisés. La même technique sera utilisée pour étudier en détail la régulation des +TIPs et localiser les cascades de signalisation impliquées dans leur régulation. Les études proposées pourraient modifier les modèles actuels de morphogenèse cellulaire et révéler des contributions des microtubules à des processus physiopathologiques allant de la croissance tumorale aux fonctions neuronales.