transport des phospholipides entre feuillets membranaires par les scramblases et les flippases: un role clé dans la neurotransmission – LipidTrans4NeuroTraffic

Les neurones et les cellules neuroendocrines sécrètent des neurotransmetteurs et des hormones par exocytose régulée. L’étape ultime de l’exocytose implique la fusion des vésicules de sécrétion avec la membrane plasmique. L’exocytose est ensuite suivie d’un processus de fission membranaire qui permet l’endocytose de la membrane vésiculaire. Bien que les protéines qui régulent ces processus de fusion et de fission d’un compartiment donneur à un compartiment accepteur soient intensivement étudiées, peu d’efforts sont portés à la compréhension du rôle essentiel des lipides. En particulier comment l’asymétrie membranaire est-elle contrôlée au cours de l’exo- et de l’endocytose reste une question fondamentale non résolue. Cet aspect est d’autant plus important dans les cellules neurosécrétrices car le trafic membranaire, et donc l’interconnexion des organelles, y est particulièrement intense afin d’assurer des fonctions neuronales cruciales comme la neurotransmission.

L’une des particularités de la membrane plasmique et des membranes vésiculaires est la distribution asymétrique des lipides entre les feuillets avec par exemple, les amino-phospholipides (APL) tels que la phosphatidylsérine et la phosphatidyléthanolamine localisés exclusivement sur le feuillet cytoplasmique. Cette asymétrie sélective est impliquée dans divers processus cellulaires et est contrôlée par des protéines telles que les P4-ATPases, des flippases qui catalysent le transport des APL du feuillet externe vers le feuillet interne de la membrane plasmique. A l’inverse, des protéines appelées « Scramblases » catalysent le transport bidirectionnel des APL entre les feuillets d’une bicouche entrainant ainsi une rupture de l’asymétrie membranaire.

Les études préliminaires menées par les membres de notre consortium indiquent que i) l’asymétrie membranaire est rompue au niveau des sites de fusion vésiculaires au cours de la sécrétion dans les cellules neuroendocrines, ii) qu’une protéine Scramblase est impliquée dans le contrôle de l’exocytose et de l’endocytose dans les cellules neuroendocrines et les neurones et iii) que les flippases de type P4-ATPases régulent différentes voies d’endocytose. Cependant la nature des flippases et scramblases impliquées lors des processus d’exo-endocytose dans les cellules neuro-sécrétrices, leur rôle fonctionnel ainsi que le lien avec le transport inter-feuillets des lipides restent largement inconnus. Ainsi, le but central de notre projet est de caractériser quelles scramblases et P4-ATPases contrôlent la sécrétion hormonale dans les cellules neuroendocrines et la neurotransmission dans les neurones et de comprendre comment et pourquoi.

Appréhender la dynamique des lipides est clairement un défi et afin de réussir cette tâche ambitieuse nous avons réuni un consortium capable de surmonter les limites techniques inhérentes à ce projet. En effet, notre projet s’appuie sur une stratégie collaborative unique qui combine des techniques d’imagerie ultrastructurale par microscopie électronique sur des fragments de feuillets membranaire, des approches d’imagerie super-résolution (STED et SMLM) avec l’utilisation de sondes lipidiques spécifiques, le développement de lignées cellulaires neuroendocrines génétiquement modifiées par la technique CRISPR/Cas9 (knock-in et knock-out pour certaines scramblases et ATPases), des mesures de déformation membranaire et l'exploration cellulaire des étapes d’exocytose et d’endocytose. Une telle stratégie synergique nous permettra de mettre en lumière l'importance de la régulation du transport lipidique inter-feuillet au cours du trafic vésiculaire dans les cellules neuro-sécrétrices. Ainsi, nous pensons sincèrement, qu’en plus d’apporter de nouvelles connaissances sur les processus d’exo- et d’endocytose, notre projet va permettre la création de nouveaux outils et de nouvelles méthodes indispensables à la compréhension des mécanismes complexes qui contrôlent et régulent la dynamique des membranes.