Adaptabilité des voies de sécrétion dépendantes de l'appareil de Golgi – GolgiPS

Les cellules souches pluripotentes induites humaines (aussi appelées hiPSC) ont été choisies comme modèle d'étude. Ces cellules peuvent être différenciées en plusieurs types cellulaires grâce à des protocoles décrits dans la littérature ou grâce à des kits commerciaux. Ainsi, les cellules avant différenciation (pluripotentes) et les cellules différenciées possèdent le même fond génétique.

A partir de ces modèles, l'organisation spatiale de l'appareil de Golgi a été analysée grâce à des marqueurs fluorescents. La composition des protéines associées à l'appareil de Golgi a été analysée de façon quantitative. Et enfin, grâce à de la microscopie à fluorescence en temps réel, le transport de protéines rapportrices a été étudié.

Dans le cadre de ce projet, la culture et la manipulation des cellules souches pluripotentes induites ont été acquises ainsi que leur différenciation. Plusieurs lignées cellulaires d'hiPSC nécessaires aux expériences à mener ont été générées. Le contrôle qualité des hiPSC et la validation des modèles différenciés ont été réalisés.

L'analyse de l'organisation spatiale de l'appareil de Golgi en hiPSC et dans des cardiomyocytes et des chondrocytes dérivés d'hiPSC a montré des différences en termes de répartition dans la cellule et renforcent notre hypothèse d'une adaptaion de l'appareil de Golgi lors de la différenciation cellulaire.

L'identification des protéines associées à l'appareil de Golgi dans les hiPSC et dans les cardiomyocytes a souligné la présence spécifique ou l'enrichissement de certaines protéines dans un type cellulaire.

Les résultats obtenus dans le cadre de GolgiPS confirment l'hypothèse d'une adaptation de l'organisation de l'appareil de Golgi et de ses fonctions sécrétoires lors de la différenciation cellulaire.

Des analyses fonctionnelles devront maintenant être poursuivies pour comprendre le rôle précis des régulateurs golgiens identifiés dans l'homéostasie et les fonctions de l’appareil de Golgi mais aussi leur rôle dans la différenciation cellulaire.

A long terme, les protéines identifiées dans le projet GolgiPS pourraient représenter des leviers moléculaires pour le développement de thérapies ciblées.

Le transport antérograde de protéines est essentiel pour différents processus cellulaires. Au cœur de la voie de sécrétion, l’appareil de Golgi doit prendre en charge une grande diversité de protéines à transporter. Il est désormais clair que les voies de sécrétion dépendantes de l’appareil de Golgi sont diverses mettant en jeu de multiples mécanismes de transport. Cependant, si des régulateurs généraux du trafic antérograde ont été identifiés, les régulateurs spécifiques du transport de cargos par un type cellulaire spécialisé sont encore largement inconnus.
Dans le projet GolgiPS, nous explorerons l’adaptabilité des voies de sécrétion pour soutenir des besoins sécrétoires spécifiques. Les cellules de certains organes ont besoin de sécréter de petites molécules alors que d’autres auront besoin de transporter des molécules fortement glycosylées. Par exemple, les chondrocytes sécrètent en abondance les composants du cartilage articulaire et ont donc besoin d’assurer la sécrétion de grandes protéines telles que les collagènes articulaires. Ces exemples soulignent que des modèles physiologiquement plus pertinents que des modèles cellulaires basiques doivent être utilisés, tout en conservant la capacité d’analyser les compartiments intracellulaires et d’utiliser des outils génétiques.
Pour étudier l’adaptabilité des voies de transport dépendantes de l’appareil de Golgi, des cellules souches pluripotentes induites humaines (iPS pour induced pluripotent stem) seront différenciées en trois types cellulaires présentant des besoins sécrétoires distincts, à savoir en chondrocytes, en cardiomyocytes et en cellules intestinales. Plusieurs caractéristiques structurales et fonctionnelles de l’appareil de Golgi seront analysées en comparant les cellules iPS non-différenciées et différenciées. L’organisation de l’appareil de Golgi en termes de taille, de volume et de distribution spatiale sera étudiée. La composition protéique de l’appareil de Golgi sera déterminée grâce à des expériences de biotinylation de proximité couplées à une analyse quantitative par spectrométrie de masse. Cette analyse aboutira à l’identification de protéines-clé de l’appareil de Golgi régulées dans les cellules différenciées. Le niveau de ces protéines-clé sera perturbé par édition du génome et par dégradation spécifique rapide contrôlée par des petites molécules. Après déplétion de protéines-clé, une analyse fonctionnelle du transport antérograde sera réalisée. Le transport d’un ensemble de cargos divers en termes de taille, de topologie et de fonction sera analysé de façon quantitative grâce au test RUSH (pour Retention Using Selective Hooks). Dans une approche ciblée, le transport de protéines spécifiques au type cellulaire d’intérêt sera étudié de façon quantitative.
Dans son ensemble, ce projet aboutira à une meilleure compréhension des capacités d’adaptation de l’appareil de Golgi lorsque des besoins sécrétoires spécifiques sont requis. De plus, ce projet mettra en lumière la spécialisation de fonctions cellulaires au cours de la différenciation.