Origines moléculaires de la signaliation multiple du récepteur Fas – Dual-Fas

La diversité fonctionnelle des cellules est régie par des récepteurs membranaires qui se lient à différentes molécules chimiques et ligands extracellulaires pour déclencher des cascades de signalisation en aval. Les décisions prises par les cellules sont ainsi orchestrées à l'échelle moléculaire par les récepteurs de signalisation via des interactions très régulées dans le temps. L'une des questions fondamentales non-résolue de la biologie est de savoir comment certains récepteurs génèrent des signaux multiples et parfois opposés ; parmi eux, le récepteur Fas (aussi appelé Cluster de Différenciation 95, CD95) que nous proposons d’étudier. Les récepteurs Fas jouent un rôle prépondérant dans la progression des maladies humaines, notamment le cancer et les maladies auto-immunes. Connu pour son rôle dans l'induction de la mort cellulaire programmée, Fas activé par son ligand joue un rôle central dans le maintien de l'homéostasie immunitaire. Cependant, ces dernières années, des voies de signalisation non-apoptotiques médiées par Fas et conduisant à la croissance et à la migration des cellules infectées ou cancéreuses ont été découvertes. Le mécanisme moléculaire par lequel Fas peut induire des fonctions cellulaires opposées reste inconnu.

Il a été observé que la dualité de la signalisation cellulaire dépendait de l'état du ligand de Fas. Celui-ci est principalement exprimé dans la membrane des cellules immunitaires (lymphocytes T). Quand le ligand est lié à la membrane des lymphocytes, l'activation de Fas entraîne le recrutement d'un complexe de signalisation dans sa région intracellulaire qui induit la mort de la cellule. Cependant, il a été démontré que l'activation du même récepteur Fas par son ligand soluble (produit par clivage par des métalloprotases) induit un complexe de signalisation alternatif qui déclenche des réponses non-apoptotiques. Ces signalisations opposées pourraient provenir de conformations moléculaires différentes. En outre, il a été observé que l'état de phosphorylation et la coopérativité avec d'autres protéines membranaires (e.g. le récepteur du facteur de croissance épidermique EGFR) contrôlent aussi les décisions de vie ou de mort de la cellule. Etant largement présent dans tous les types de cancer, Fas est une cible potentielle pour les thérapies anticancéreuses, mais cela nécessite une compréhension complète des circuits moléculaires et de la nanoarchitecture du récepteur Fas.

Pour comprendre la multi-signalisation de Fas, nous étudierons la dynamique spatio-temporelle des interactions récepteur-ligand en fonction de l'état du ligand, soluble ou lié à une membrane, en utilisant des approches de pointe en biologie synthétique et en optique en molécule unique. Tout d’abord, nous développerons des systèmes bottom-up reconstitués (peptidisques, nanodisques, vésicules unilamellaires géantes) permettant l'encapsulation et l'étude de récepteurs complets, même ceux dont la structure totale manque. En combinant le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET) en molécule unique avec des systèmes reconstitués, nous étudierons les fluctuations conformationnelles du monomère et du dimère de Fas, ainsi que sa coopérativité avec EGFR. En outre, nous exploiterons les outils dynamiques tels que le suivi de particules uniques et la spectroscopie de corrélation croisée de fluorescence pour étudier la réorganisation des récepteurs activés par les ligands dans des membranes de composition contrôlée. Ainsi, notre étude établira un nouveau paradigme sur la signalisation transmembranaire, basé sur la manière dont les récepteurs de signalisation adoptent différentes architectures moléculaires pour générer le multiplexage dans les systèmes biologiques. Cela fournira des informations fondamentales sur la physique des récepteurs membranaires, avec une implication directe sur la compréhension de la signalisation cellulaire et le développement de nouveaux médicaments.