Organisation et dynamique des faisceaux de filaments d'actine induits par les myosines – Myo-n-Ease

Nous caractérisons séparément l'activité de chaque sous-domaine des myosines ainsi que des protéines régulatrices de l'actine ; mesurons l'affinité entre ces partenaires protéiques, puis évaluons la dynamique de l'actine qui en résulte.
Le partenaire #2, un expert des moteurs, fournit des informations structurelles sur les myosines et sur la protéine Espin, afin de concevoir et de produire ces protéines pour les études fonctionnelles.
Pour étudier l'activité des protéines sur la dynamique d'assemblage de l'actine, le partenaire #1 utilise une approche expérimentale microfluidique/TIRF, capable d'aborder l'organisation et la régulation des faisceaux d'actine, avec un très bon contrôle des conditions biochimiques.

Nous avons découvert que les myosines X sont capables de remodeler un réseau branché d’actine in vitro, en l’absence de l’aide de toute autre protéines qui se lie à l’actine. Ceci permettrait d’expliquer l’émergence de filopodes dans les cellules, en accord avec le modèle dit d’élongation convergente (‘convergent elongation’).
Collectivement, les myosin X peuvent produire une activité coordonnée, afin d’induire le battement de faisceaux de filaments parallèles. Cette activité n’est possible que pour des filaments non branchés et dont une de leurs extrémités est ancrée à un substrat. En l’absence d’ancrage, les myosines tendent à séparer le faisceau en filaments individuels. Cette activité de glissement relatif des filaments entre eux est le signe de l'agrégation des myosines encore mal comprise.
Nous avons commencé à l’activité des myosines dans un réseau d’actine, en présence d’autres protéines régulatirces. En présence de fascine, une protéine responsable de regrouper les filaments en faisceaux, les myosines X sont capables de se lier aux faisceaux. En revanche, leur capacité à courber ces structures donne lieu à des mouvements erratiques, voire à la cassure des faisceaux.

Au cours des prochains semestres, nous aborderons les autres questions de ce projet, en suivant sa progression, conformément au planning. En particulier, nous chercherons à déterminer les détails architecturaux des réseaux branchés que les myosines X sont capables de remodeler. Nous pourrons ensuite étudier la croissance des faisceaux d’actine engendrés par les myosines X, en présence de protéines régulatrices responsables de l’élongation du bout barbés des filaments (formines et/ou Ena/VASP). Par la suite, nous étudierons les propriétés de transports des myosines en fonction de l’architecture des réseaux d’actine.

Les résultats obtenus jusqu’à présent n’ont pas fait l’objet de publications, ni de communications orales lors de conférences internationales. En fonction de l’avancée du projet, un objectif raisonnable pourra être de communiquer ces résultats à la communauté vers mi-2022.

Deux types de protrusions membranaires, les filopodes et les stéréocils, sont en charge d’intégrer les stimulus provenant de l’extérieur. Les filopodes sont des structures riches en actine permettant à une cellule de sentir l’environnement mécanique (matrice extra-cellulaire, cellules voisines, …). Une fonctionnalité étonnante des stéréocils est leur arrangement en marches d’escalier, ce qui implique le contrôle fin de la longueur de ces protrusions remplies d’actine. Ceci peut se produire grâce à l’action combinée de moteurs myosines et des protéines régulatrices de l’actine et les modèles actuels de croissance des stéréocils mettent en avant l’importance du contrôle de la dynamique des filaments d’actine à l’extrémité des stéréocils.
Filopodes et stéréocils diffèrent par la taille et la vitesse de renouvellement de leur faisceaux d’actine, différences qui sont attribuées non seulement aux protéines qui s’occupent de la croissance des bouts barbés des filament d’actine, mais aussi aux protéines de faisceaux qui agissent sur le côté des filaments et aux moteurs myosines : les Myo10 dans les filopodes et les Myo3 dans les stéréocils.
Bien que les myosines ont souvent été perçues comme servant uniquement au transport de charges aux extrémités de ces structures, de nombreuses pistes indiquent maintenant qu’elles jouent également un rôle essentiel dans l’amorçage des filopodes et dans le contrôle de la longueur des stéréocils. En particulier et de manière surprenante, les Myo3 s’associent en complexe avec les espins, des protéines capables de regrouper les filaments d’actine en faisceaux. Il devient donc essentiel de mieux comprendre comment myosines et protéines régulatrices de l’actine travaillent main dans la main pour contrôler la dynamique des filopodes et stéréocils.
Nous proposons d’étudier les différences et similitudes des fonctions des moteurs Myo10 et Myo3 sur les faisceaux d’actine. Le projet Myo’N’Ease propose de manière originale de s’appuyer sur des approches biochimiques et structurelles en lien étroit avec des études de la dynamique des faisceaux d’actine reconstitués in vitro grâce à des systèmes microfluidiques innovants qui permettent de se rapprocher des conditions physiologiques. Ces études multi-échelles sont essentielles pour permettre de proposer une description mécanistiques de la régulation des faisceaux d’actine cohérente.