Plaques de clathrine: Structure, fonction et implication dans les maladies neuromusculaires – CLASS

L'endocytose clathrine-dépendante est le processus le mieux caractérisé pour l'entrée des protéines et des lipides au niveau de la membrane plasmique des cellules eucaryotes. C'est aussi le talon d'Achille de la santé humaine puisqu’à l’origine de nombreuses maladies humaines telles que des maladies neurodégénératives et des myopathies. Alors que les neurones forment des puits de clathrine pour une endocytose rapide aux synapses, les cellules musculaires forment des plaques qui participent à l'adhérence cellulaire au niveau des costamères, pierre angulaire de la mécanotransduction de par leur rôle de lien entre la matrice extracellulaire et le cytosquelette.
Nous avons montré que la formation de réseaux d'actine capables d’ancrer des filaments intermédiaires autour des plaques de clathrine nécessite la présence de la dynamine 2 (DNM2), un autre membre de la machinerie d'endocytose, crucial pour la formation et la libération des vésicules recouvertes de clathrine. Alors que des mutations de DNM2, de l'amphiphysine 2 (BIN1) et de la myotubularine (MTM1) sont responsables des formes dominantes et récessives de la myopathie centronucléaire (CNM), nous avons montré que les plaques de clathrine sont altérées dans les cellules de patients et les modèles de souris CNM. Nos résultats indiquent que cette altération est associée à des défauts dans la voie de mécanotransduction YAP/TAZ, conduisant à une transcription altérée de leurs gènes cibles. Le premier objectif de CLASS est de comprendre la fonction des plaques de clathrine dans la mécanotransduction des costamères et de mettre en évidence l'implication de sa dysfonction dans les CNM. Nous allons (1) analyser la réponse des plaques de clathrine aux signaux mécaniques, (2) disséquer la signalisation de la mécanotransduction dans la CNM et (3) établir l'effet bénéfique de la modulation de la voie YAP/TAZ sur des myotubes de patients CNM.
Bien que nos résultats indiquent une fonction spécialisée pour les plaques de clathrine au niveau des costamères, une question fondamentale demeure: pourquoi certaines cellules forment-elles exclusivement des puits de clathrine alors que d'autres forment des plaques? Nous avons récemment obtenu la preuve de principe que la diversité et la plasticité des différentes structures de clathrine sont contrôlées par des événements d'épissage alternatif spécifiques aux tissus en montrant que l'épissage de l'exon 31 de la chaîne lourde de la clathrine contribue à la formation de plaques de clathrine dans les cellules musculaires. Nous avons montré une dérégulation de cet exon dans la dystrophie myotonique (DM1), une "spliceopathie" affectant en particulier les fonctions des muscles et du système nerveux central. Dans la DM1, la perte fonctionnelle de facteurs d'épissage entraîne une expression aberrante d’isoformes embryonnaires dans les tissus adultes. Le second objectif est de révéler les mécanismes par lesquels les cellules musculaires forment des plaques en utilisant des isoformes d’épissage de protéines de la machinerie de l'endocytose et de fournir de nouvelles pistes sur la physiopathologie de la dystrophie myotonique de type 1. Nous allons (4) révéler l'effet du saut d'exons clés des variants d'épissage de la clathrine, DNM2, BIN1 et PICALM dans les neurones et les myotubes en culture, (5) analyser l’effet des épissages anormaux de la machinerie d'endocytose dans les cellules de patients DM1 et (6) restaurer ces épissages anormaux dans des modèles murins de la DM1.
Notre expertise dans le domaine de l'endocytose et la physiopathologie des CNM et de la DM1, notre savoir-faire dans la production de cellules pluripotentes induites humaines (hiPS) génétiquement modifiées et différenciées en neurones et en cellules musculaires, ainsi que notre expertise reconnue sur l'épissage des ARN, nous placent dans une position unique pour comprendre les déterminants qui régulent la plasticité structurelle de la clathrine dans le muscle sain et pathologique.