DS0401 - Une nouvelle représentation du vivant

Pathophysiologie du complexe Gai/mPins dans l'oreille interne – Ghearact

Vers l'identification d'une nouvelle voie de régulation de l'actine

La polarité et la mobilité d'une cellule nécessitent la régulation coordonnée de diverses voies de signalisation contrôlant la dynamique du cytosquelette, le squelette des cellules. Notre étude vise à mettre en évidence une voie originale de régulation du cytosquelette par des protéines de la polarité planaire cellulaire, et de montrer l'implication de cette voie dans certaines pathologies rares.

Identification d'un nouveau mécanisme de régulation de l'actine

Les surdités causées par un dysfonctionnement de l'oreille interne sont l'un des défauts de naissance les plus communs chez l'homme. Notre projet fait appel à une approche pluridisciplinaire (génétique, imagerie, biologie cellulaire et moléculaire et biochimie), afin de décoder les mécanismes d'une voie de signalisation impliquée dans une pathologie rare conduisant à la fois à des surdités et des anomalies de formation du système nerveux central chez les mammifères. <br />En décodant les voie moléculaire conduisant à cette pathologie, nous mettrons aussi en évidence une nouvelle voie de régulation de l'actine, molécule fondamentale du cytosquelette des cellules, non seulement dans les cellules épithéliales mais également neuronales. <br />Pour démontrer l'aspect global de ce mécanisme, nous étudierons également son éventuelle conservation dans deux autres espèces: le xénope et la drosophile. <br /> <br />

Pour le début du projet, nous avons utilisés des approches d'imagerie en super-résolution, y compris la technique de Stimulation Emission Depletion (STED) 3 couleurs, ou encore le single particule tracking (stp) Photo-activated localization microscopy (PALM) total internal reflection fluorescence microscopes (TIRF) (stpPALM-tirf). Ces deux technologies nous permettent d'étudier la localisation subcellulaire de nos protéines, mais également de visualiser en temps réel les modifications de dynamique du cytosquelette dans une cellule vivante. Nous utilisons aussi plusieurs modèles animaux (mouche, xénope et souris) pour mieux comprendre l’évolution de notre mécanisme dans le contrôle de l’organisation des cellules polarisées et leur cytosquelette.

Chez les mammifères, nos premiers résultats démontrent l'existence de nano-domaines d'expression de nos protéines dans des zones d'intense modulation du cytosquelette d'actine (tip complex). De plus, la mutation des gènes affecte la polymérisation d'actine, non seulement dans les cellules auditives, mais également dans les neurones de l'hippocampe dans nos modèles murins, conduisant à des déficits auditifs et de croissance axonale.
Nous avons également trouvé que certaines de nos protéines candidates ont des profils d’expression comparables au modèle murin lors de la morphogénèse du cytosquelette apical des cellules de l’épiderme mucocilié du Xénope embryonnaire.
D'autres résultats chez la mouche montrent que la perte d’un de nos gènes de polarité entraine la malformation et la mauvaise orientation des poils de la cuticule qui assure la protection des insectes.
Nos premiers résultats sont encourageants, et nous espérons confirmer notre hypothèse d'une fonction conservée de notre module protéique dans l’organisation du cytosquelette apical de différents types cellulaires.

Le développement de notre projet nous a amené à collaborer directement avec 3 équipes: en Angleterre, en Allemagne et aux Etats-Unis.

Les résultats de notre projet conduiront à terme à l'élucidation du mécanisme moléculaire conduisant à la pathologie rare étudiée, à l'identification d'une nouvelle famille de gènes candidats pour la surdité, et à l'élucidation d'un mécanisme original du contrôle de la dynamique de l'actine.
Nos résultats devraient également ouvrir de nouvelles perspectives sur la régulation de la dynamique de croissance des neurones, et donc de leur pathologies associées, en particulier les pathologies neurodéveloppementales.
A plus long terme, la génération et la caractérisation de nos souris transgéniques comme modèles animaux de la pathologie nous permettra d'aborder les conséquences comportementales de la délétion de nos gènes. En effet, le très faible nombre de patients recensé à ce jour dans le monde ne permet pas d'évaluer les conséquences cognitives des mutations (mémoires, sociabilité).

Nos premiers résultats chez les mammifères ont été présentés au Symposium de notre Institut en Décembre 2015.
Notre travail chez la drosophile a fait l’objet d’une thèse, défendue en mai 2015 et d’un manuscrit en cours de rédaction.

L'objectif général de notre projet est de comprendre le rôle d'une voie nouvellement identifiée de signalisation apicale de la polarité planaire cellulaire (PCP) dépendante des Gai-protéines lors de la maturation de l'oreille interne des mammifères, dans des conditions physiologiques et physiopathologiques.
Dans le monde occidental, environ 7 à 8 % de la population souffre de déficience auditive. Sur 1 000 naissances, 1 à 1,5 enfants souffriront de déficience auditive profonde ou de surdité. Parce que les cellules ciliées auditives de l'oreille interne sont soit endommagées, soit définitivement perdues après une exposition à des bruits intenses, des substances otoxiques, ou tout simplement lors du vieillissement, les pertes auditives sont en forte croissance et représentantes une des maladies chroniques les plus répandues du fait du vieillissement de la population. Le développement de connaissances sur la génétique et les bases moléculaires de la différenciation des cellules auditives sont ainsi critiques pour la mise en place de stratégies de régénération et de protection de l'oreille interne, ou encore pour la mise en place de nouveaux outils pour le pronostic et le diagnostic de la surdité. Ces connaissances ont à long terme le potentiel d'ouvrir de nouvelles voies de recherche pour les pathologies de l'oreille interne dans l'espoir d'interventions préventives et thérapeutiques.
Récemment, nous avons identifié une nouvelle voie de signalisation de la PCP, que nous avons appelé voie PCP dépendante des protéines-G (Ezan et al., 2013). Au cours de cette étude originale, nous avons constaté qu'a des stades de maturation tardifs, la touffe ciliaire des cellules auditive est mal formée, courte et fragmentée dans deux des mutants étudiés, suggérant l'implication de certains gènes de cette voie PCP dans la maturation tardive des cellules ciliées, et plus globalement dans la fonction auditive.
Notre projet propose dans un premier temps d'explorer spécifiquement cette hypothèse, en particulier grâce à l'utilisation de modèles transgéniques murins, et en particulier via la technologie Cre-lox qui nous permettra d'étudier le développement postnatal de l'oreille interne, sa maturation, et la mise en place, ou la perturbation de sa fonction. Dans un deuxième temps, nous explorerons l'hypothèse selon laquelle le complexe apical Crumbs contrôlerait la dynamique de tubuline ou d'actine, au moins en partie via le recrutement de certaines protéines de la voie apicale de signalisation PCP-dépendante des protéines G. Pour ceci, nous nous appuierons sur une approche multidisciplinaire et multi-modèle qui nous apportera les avantages complémentaires de trois espèces: le xénope, la souris et la drosophile.

Les résultats de notre projet conduiront à l'identification d'une nouvelle famille de gènes candidats pour les surdités, à l'élucidation du mécanisme moléculaire conduisant à ces surdités et à déchiffrer des nouveaux réseaux protéiques au carrefour entre la polarité apico-basale, la polarité planaire et le cil.

Coordinateur du projet

Madame Mireille Montcouquiol (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE)

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

INSERM INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE
CNRS DR12 IBDM CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION PROVENCE ET CORSE - INSTITUT DE BIOLOGIE DU DEVELOPPEMENT DE MARSEILLE
CNRS DR12 IBDM CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION PROVENCE ET CORSE - INSTITUT DE BIOLOGIE DU DEVELOPPEMENT DE MARSEILLE

Aide de l'ANR 436 694 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2014 - 42 Mois

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