Blanc SVSE 2 - Blanc - SVSE 2 - Biologie cellulaire et biologie du développement

Huntingtine et régulation du trafic intracellulaire – HURIT

Huntingtine et la régulation du trafic intracellulaire

The major objectives of this proposal were to decipher the mechanisms by which specific cargos are selectively transported within cells; the mechanisms that control efficiency of intracellular transport; and the mechanisms that control the directionality of transport; by focusing on the huntingtin protein whose role as a crucial regulator of intracellular trafficking is emerging.

Comprendre les mécanismes du transport et leur alteration dans la maladie de Huntington

The first aim is to identify the cargoes transported by htt. The exact contribution of htt as a scaffold protein that associates with molecular motors and that transports a variety of vesicles in cells is not well defined. Is htt-dependent transport only restricted to BDNF ? Is htt-dependent transport restricted to neurons ? <br />The second aim is to understand how htt facilitates microtubule-based transport. Although work from our lab and others have proposed that htt is a positive regulator of vesicular transport, the exact mechanisms by which absence of htt decreases transport whereas increasing htt levels accelerates transport are unknown. We have recently reported that GAPH is present on the vesicles and is essential for the transport of vesicles in axons. But is the whole glycolytic machinery on-board and sufficient to fuel molecular motors? Phosphorylation of htt at S1181/1201 regulates efficiency of transport. Does this phosphorylation regulate interaction of htt with motors, or motor recruitment on MTs ? <br />The third aim is to understand how htt phosphorylation at S241 regulates transport directionality. We have been one of the first lab to unravel a mechanism that controls directionality of transport in neurons via the phosphorylation of htt at a particular Serine (S421). We now want to understand better this mechanism using in vitro and in vivo approaches. We also want to understand how signaling pathways are able to modify htt phosphorylation and change vesicles directionality. How, when and where this modification occurs in neurons ? Are those regulatory mechanisms already on-board as we hypothesize for GAPDH?

We selectively enriched motile vesicles and perform quantitative proteomic analysis. In addition to the expected molecular motors and vesicular proteins, we found an enrichment of all the glycolytic enzymes. Using biochemical approaches and super-resolution microscopy, we observed that most glycolytic enzymes are selectively associated with vesicles, and facilitate transport of vesicles in neurons. Finally, we have shown that mouse brain vesicles produce ATP from ADP and glucose and display movement in a reconstituted in vitro transport assay of native vesicles.

Nous avons démontré que la glycolyse est localisée sur les vésicules de transport et que ce mécanisme permet d'apporter l'énergie nécessaire pour le transport axonal rapide. Nous avons également montré que la HTT régule la dynamique du réticulum endoplasmique via la protéine dynamine 1 et que ce mécanisme est important dans la maladie de Huntington.

Nous souhaitons 1) continuer à comprendre les mecansimes par lesquels la HTT régule l'apport énergétique sur les vésicules, 2) comment les phosphorylations régulent cette activité et celle des moteurs moléculaires.

main publications:

1. Zala D, Hinckelman MV, Yu H, Menezes Lyra da Cunha M, Liot G, Cordeliere FP, Marco S and Saudou F. Vesicular Glycolysis Provides On-Board Energy for Fast Axonal Transport. Cell 2013, 152, 479–491, January 31, 2013 <br /

Le transport intracellulaire est un mécanisme cellulaire hautement régulé qui permet le transport sélectif et efficace de cargos à l’intérieur des cellules. Dans le cas des neurones, ce transport a lieu sur des longues distances qui peuvent atteindre jusqu’à un mètre. Les cargos transportés sont de types très différents, vésicules, mitochondries, complexes protéiques, ARNm qui sont cruciaux pour réguler la survie et la prolifération des cellules. Ainsi, un contrôle strict du transport intracellulaire est fondamental pour le développement et la maintenance des organismes.
Bien qu’intensément étudiés, les mécanismes qui contrôlent le transport intracellulaire ne sont pas encore complètement compris. Dans le cas du transport microtubulaire, de nombreuses questions sont sans réponse. Quels sont les mécanismes qui assurent l'association sélective des moteurs moléculaires avec des complexes ou organelles spécifiques? Cette spécificité pourrait être atteinte par des protéines adaptatrices, mais leur identité et le code de reconnaissance, le cas échéant, restent à établir. Qu’est ce qui rend efficace le transport dans les cellules? Les moteurs moléculaires doivent transporter les cargos sur de longues distances. Comment est régulée l’activité des moteurs ? Le support énergétique est crucial. Comment les cellules s’assurent d’un soutien énergétique constant sur de longues distances? Finalement, le transport dans les cellules est polarisé dans une direction donnée. Pourtant les cargos peuvent changer de direction le long des microtubules. Comment les moteurs sont ils coordonnés pour assurer un transport vers des compartiments subcellulaires précis ?
L'objectif de ce projet est de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui contrôlent le trafic intracellulaire. Cet objectif étant très ambitieux, nous nous concentrerons sur la protéine huntingtine (htt), dont le rôle en tant que régulateur du trafic intracellulaire est en émergence. Au cours des dernières années, notre laboratoire et d'autres ont démontré que la htt, la protéine qui lorsque mutée provoque la maladie de Huntington, contrôle le transport du facteur neurotrophique BDNF, d'APP et de TI-VAMP, mais aussi le trafic des endosomes et des lysosomes. Nous avons pour objectif de comprendre comment et dans quelle mesure la htt contrôle le trafic intracellulaire en déterminant la nature des protéines et des cargos transportés par les vésicules htt.
Alors que le silencing de la htt ou l’utilisation d’anticorps anti-htt diminuent le transport, l'augmentation des niveaux de htt facilite le transport des vésicules le long des microtubules. Nous avons pour objectif de déterminer les mécanismes par lesquels la htt facilite transport microtubule-dépendent.
La phosphorylation de la htt à la Serine 421 conduit au recrutement de la kinésine sur les vésicules et favorise transport antérograde. Nous avons pour objectif de déterminer les mécanismes par lesquels la htt contrôle la directionalité du transport par des approches in vitro et in vivo.
Ce projet devrait permettre d’identifier des nouveaux mécanismes de régulation du trafic intracellulaire dans les cellules et, en augmentant les connaissances sur la fonction de la htt, une protéine dont la fonction normale a été négligée jusqu’à maintenant, permettre d’identifier des nouvelles stratégies thérapeutiques.

Coordinateur du projet

Monsieur Frédéric SAUDOU (Fondation de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 465 938 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2012 - 36 Mois

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