Structure, dynamique et mécanisme d’Arpin, un nouvel inhibiteur du complexe Arp2/3 qui contrôle la migration cellulaire – Dynarpin

Notre consortium réunit l’expertise en biologie structurale (cristallographie, RMN, SAXS, microscopie) et en biologie et imagerie cellulaire. Les partenaires, en mettant ces expertises en commun, ont pour objectif d’établir une description intégrée de la structure, des mouvements, des interactions et de la fonction cellulaire de cette nouvelle protéine.

Le projet a démarré à la date prévue en janvier 2012. Les expériences sont actuellement en cours.

A terme, un nouveau regard sur la migration cellulaire avec des applications potentielles en recherche contre le cancer.

En cours

La migration cellulaire est essentielle à de nombreux processus biologiques, tels que le développement des organes ou la réparation de tissus endommagés. Les anomalies de la migration cellulaire contribuent de ce fait à des maladies variées. Elles conduisent notamment à l'invasion des tissus par les cellules cancéreuses lors de la progression métastatique, l'aspect clinique le plus dramatique du cancer. Le mouvement des cellules nécessite l'assemblage polarisé et dynamique de structures d'actine. Au front de migration de la cellule, les filaments d'actine s’assemblent et se ramifient pour former un réseau, formant l’architecture de protrusions membranaires motiles appelées lamellipodes. Les efforts de recherche récents ont permis de clarifier les événements moléculaires qui se produisent dans le lamellipode. La machinerie «minimale» capable de créer et maintenir le maillage d'actine dans le lamellipode comprend Rac, une petite GTPase de la famille Rho, WAVE, un facteur de nucléation des filaments d’actine, et Arp2/3, le complexe de nucléation. Des analyses structurales et biochimiques combinées à de l'imagerie cellulaire ont contribué de façon majeure à la compréhension de la hiérarchie des événements de régulation de cette voie. Elles ont abouti à un modèle « consensus » dans lequel 1) Rac est activé par échange GDP / GTP; 2) Rac-GTP se lie à WAVE inactif, exposant ainsi son motif WCA; 3) le motif WCA de WAVE activé se lie à Arp2/3; 4) Arp2/3 ainsi activé se lie à un filament d'actine et nuclée un nouveau filament.

De manière remarquable, les lamellipodes ont une largeur sensiblement constante, ce qui indique que l'équilibre entre assemblage et désassemblage est extraordinairement contrôlé. Contrairement aux mécanismes bien étudiés de ramification des filaments d’actine, les mécanismes moléculaires du désassemblage des branchements sont encore mal compris. Parmi les protéines régulatrices qui contrôlent ce désassemblage, la coronine est à ce jour la seule qui cible directement la voie Rac/WAVE/Arp2/3 dans le lamellipode. Beaucoup de modulateurs des lamellipodes restent ainsi à découvrir et à caractériser. L’objectif de ce projet est d’étudier la structure et la régulation d’Arpin, une protéine récemment découverte par le groupe Gautreau (partenaire 2 du consortium) qui a les caractéristiques d'un modulateur négatif des lamellipodes et ne présente pas de ressemblance avec une protéine connue. Nos expériences préliminaires (partenaire 2, non publié) ont montré qu’Arpin inhibe la voie Rac/WAVE/Arp2/3 en interagissant avec Arp2/3 de manière Rac-GTP-dépendante, et que sa suppression dans les cellules conduit à une activité exagérée du lamellipode.

Pour caractériser les bases moléculaires de la fonction d’Arpin, notre consortium réunit des experts en cristallographie aux rayons X et biophysique des protéines (groupe Cherfils, coordinateur), RMN (groupe Zinn-Justin, partenaire 3), microscopie électronique structurale (groupe Jonic, partenaire 4) et biologie cellulaire (groupe Gautreau, partenaire 2). En nous basant sur nos résultats préliminaires, nous nous attacherons à (1) résoudre la structure 3D d’Arpin sauvage (partenaires 1 et 3), (2) sur la base de cette structure, analyser la régulation d’Arpin par changement de conformation et/ou phosphorylation in vitro et dans les cellules (partenaires 1, 2 et 3), (3) étudier les interactions d’Arpin avec Rac, Arp2/3 et avec des membranes en combinant microscopie électronique, cristallographie, RMN et autres méthodes biophysiques (partenaires 1, 3 et 4) et (4) entreprendre des études structurales exploratoires dans les cellules (partenaires 2 et 3). Ce projet devrait aboutir à un modèle structural et fonctionnel intégré de la modulation négative de la migration cellulaire par Arpin dans la voie Rac/WAVE/Arp2/3, qui pourra servir à imaginer de nouvelles approches thérapeutiques pour la lutte contre le cancer.