PROTEINES INTERNES DES MICROTUBULES (MIP): de l'identification à leurs propriétés structurales et fonctionelles – MIP-MAP

Ce programme sera réalisé par deux groupes de recherche grenoblois avec des expertises complémentaires, sur l’étude des propriétés des MTs in vitro et in vivo (équipe A Andrieux/I Arnal) et les relations structure/fonction des protéines ciliaires et flagellaires (équipe C Arnoult).

First images obtained for MAP6 outside MTs around 4.7Å resolution
*Obtention of KO mice for SAXO1 and SAXO2
*Validation of alfa tag as a tool for KI mice

L’originalité du programme MIP-MAP repose sur la combinaison de différents systèmes modèles (de la molécule aux cellules et modèles animaux) et de méthodes d’imageries optiques et électroniques de pointe. Ce programme permettra une meilleure compréhension des MIPs de mammifères et des mécanismes de stabilisation intra-luminale des MTs. En termes d'applications les résultats pourront aider à comprendre les ciliopathies et les syndromes d'infertilité.

a venir

Les microtubules (MTs) sont des tubes creux formés de dimères de tubuline, essentiels à la division et la migration cellulaire, au trafic et à la motilité des cils et flagelles. Pratiquement toutes les cellules contiennent des MTs individuels cytoplasmiques. Des arrangements microtubulaires complexes sont présents dans des structures conservées, les axonèmes des cils et flagelles où 9 doublets de MTs sont organisés avec une symétrie radiale. Les cils non-motiles servent d’antennes cellulaires alors que les cils motiles et les flagelles, présents dans des cellules spécialisées (cellules épithéliales ciliées, spermatozoïdes), assurent les flux extracellulaires ou la mobilité des cellules. Les dysfonctionnements ciliaires conduisent à des ciliopathies variables (e.g. malformations du système nerveux, maladies kystiques rénales, maladies des voies respiratoires) alors que les défauts de flagelles sont associés à la stérilité masculine.
Les doublets de MTs sont extrêmement stables, garantissant le maintien de la taille et le battement des cils et des flagelles. Dans les organismes unicellulaires (Chlamydomonas, Tetrahymena), on sait que cette stabilité est assurée par des protéines localisées à l’intérieur des MTs, protéines appelées MIPs (Microtubule Inner Proteins). Dans les flagelles de Chlamydomonas, 33 MIPs ont été récemment identifiées. Chez les mammifères, l’identité des MIPs restait totalement inconnue jusqu’à ce que nous identifiions MAP6 comme la première MIP neuronale. De manière remarquable, l’une des 33 MIPs de Chlamydomonas, FAP363 est en fait, un ancêtre de MAP6. FAP363 et MAP6 ont les mêmes domaines de liaison aux MTs, appelés modules Mn, modules responsables de l’ancrage de FAP363 sur la face interne des MTs. Chez les mammifères, trois autres gènes codent pour des protéines qui contiennent des modules Mn : SAXO1, SAXO2 et MAP6d1, présentes respectivement dans le sperme, les cellules ciliées des voies respiratoires et les neurones. L’étude de ces 4 membres de la famille MAP6 constitue une opportunité unique pour caractériser les MIPs de mammifères et analyser leurs rôles dans les cils et flagelles.
Les objectifs du programme sont de i) caractériser les propriétés moléculaires des protéines de la famille MAP6 en tant que MIPs ii) décrire leur localisation dans des MTs cytoplasmiques et/ou les doublets de MTs des cils/flagelles iii) analyser leur rôles dans la physiologie du sperme et des cellules des voies respiratoires.
Ainsi, nous nous attacherons à 1/ déterminer la capacité de MAP6d1, SAXO1 et SAXO2 à se localiser à l’intérieur des MTs (systèmes purifiés/extraits cellulaires, cryo-microscopie électronique) 2/ résoudre la structure haute-résolution de la protéine MAP6 canonique (neuronale) à l’intérieur des MTs pour résoudre les bases de la stabilisation intra-luminale (systèmes purifiés, cryo-microscopie électronique) 3/ analyser la présence de MAP6, MAP6d1, SAXO1 et SAXO2 dans des MTs neuronaux et/ou des doublets de MTs de cils et flagelles (microscopie à expansion et à super résolution) 4/ évaluer le rôle de MAP6 et SAXO1 dans les spermatozoïdes et la fertilité et le rôle de SAXO2 dans les cellules des voies respiratoires (cellules/souris déficientes pour MAP6 et SAXO1/2).
Ce programme sera réalisé par deux groupes de recherche grenoblois avec des expertises complémentaires sur l’étude des propriétés des MTs in vitro et in vivo (équipe A Andrieux/I Arnal) et les relations structure/fonction des protéines ciliaires et flagellaires (équipe C Arnoult). L’originalité du programme MIP-MAP repose sur la combinaison de différents systèmes modèles (de la molécule aux cellules et modèles animaux) et de méthodes d’imageries optiques et électroniques de pointe. Ce programme ouvre un nouveau champ d'investigation des MIPs de mammifères et des mécanismes de stabilisation intra-luminale des MTs. En termes d'applications les résultats pourront aider à comprendre les ciliopathies et les syndromes d'infertilité.