Protéomique fonctionnelle des cellules multiciliées – MCCproteome

Le projet MCCprotéome vise à comprendre comment les cellules multiciliées (MCC) sont construites, une question très importante pour la santé humaine. Les MCC abritent des myriades de cils mobiles qui battent de façon coordonnée pour générer des flux directionnels de fluides biologiques ou pour déplacer des particules et des cellules à la surface de tissus épithéliaux spécialisés. Chez l'homme, les MCC sont impliqués dans la circulation du liquide céphalorachidien dans le système nerveux central, dans le transport des gamètes et dans l'évacuation du mucus souillé des voies aériennes. Il a été démontré que des mutations dans des gènes nécessaires à la formation de cils multiples sont responsables de syndromes familiaux caractérisés par des infections chroniques des voies respiratoires et un risque élevé d'infertilité. La gravité de ces symptômes souligne l'importance d'étudier les principes fondamentaux de la biologie des MCC.

Ces dernières années, le transcriptome global des MCC a été décrypté dans le xénope, la souris et l’homme. Il est maintenant temps d'élucider le protéome fonctionnel des MCC, ce qui est l'objectif principal de ce projet.

La ciliogénèse s'amorce lorsqu'un centriole migre sous la membrane cellulaire, s’ancre à un échafaudage à base d'actine et se transforme en un corps basal, qui agit comme une structure organisatrice de microtubules nécessaire à l'extension de l’axonème. Dans le cas de la multiciliogénèse, une étape supplémentaire clé consiste en une augmentation massive du nombre de centrioles après la sortie permanente du cycle cellulaire. Notre projet vise à faire la lumière sur cette étape, qui est propre aux MCC et encore mal comprise.

Chez les MCC des vertébrés, la biogénèse massive des centrioles se produit autour de plates-formes mal caractérisées, appelées deutérosomes, bien qu'une modeste multiplication à partir des centrioles parentaux ait également lieu. Les deutérosomes ont été décrits il y a cinquante ans par microscopie électronique comme des structures globulaires non centriolaires. Un premier composant du deutérosome, appelé Deup1, a été identifié en 2013. Des travaux récents dans l'équipe Kodjabachian ont identifié la Péricentrine et la ?-Tubuline comme composants supplémentaires du deutérosome. Ces études ont ouvert la voie à une caractérisation moléculaire et fonctionnelle plus poussée des deutérosomes, ce qui est l'objectif primordial de notre projet.

Nous utiliserons trois paradigmes expérimentaux pour étudier la biologie du deutérosome. i. L'épiderme embryonnaire du xénope, qui est couvert de MCC fonctionnelles 24h après la fécondation, et représente un modèle puissant et simple pour étudier la multiciliogénèse in vivo. ii. Une lignée cellulaire inductible de xénope nouvellement établie, qui fournit des populations homogènes et synchronisées de MCC. iii. Les MCC des parois épendymaires de la souris post-natale, bien adaptées à l'imagerie fluorescente in vivo et pouvant être manipulées par électroporation. Nous utiliserons une combinaison de microscopie fluorescente à super-résolution, de microscopie électronique 2D et 3D, de protéomique et de manipulations fonctionnelles pour étudier la composition moléculaire, l'architecture et l'activité des deutérosomes.

Jusqu'à présent, très peu d'études ont porté sur la biologie du deutérosome au niveau moléculaire. Grâce à ce projet, notre consortium est prêt à apporter d'importantes contributions dans ce domaine. En ce qui concerne sa pertinence pour la santé humaine, ce projet pourrait aider à identifier des gènes candidats potentiels pour des maladies causées par une réduction de la multiciliogénèse.