Analyse de la diversité des cils et des flagelles – DIVERCIL

Les objectifs généraux de ce projet de recherche sont de comprendre comment les cils et les flagelles sont assemblés et comment leur diversité est générée. Ces organelles remplissent des fonctions fondamentales dans de nombreux organismes en contrôlant notamment la motilité des cellules et la signalisation cellulaire lors du développement. Chez l’homme, leur importance est soulignée par l’existence d’une large gamme de pathologies liées à des anomalies ciliaires. Les cils se forment autour d'un cœur microtubulaire très conservé, l’axonème, comprenant à sa base, une structure particulière appelée la Zone de Transition (ZT). Cette structure joue un rôle essentiel en reliant l’axonème à la membrane plasmique et en formant une barrière sélective à l’entrée et à la sortie du compartiment ciliaire. Ainsi les ciliopathies humaines les plus sévères sont liées à des défauts de protéines de la ZT. Un certain nombre des ses constituants ont été identifiés, mais la ZT présente des variations structurelles et moléculaires, entre cellules et entre espèces, encore mal comprises. De façon plus générale, de nombreuses questions non résolues demeurent sur la façon dont la diversité des cils est générée.
Cette diversité est soulignée chez l’homme en comparant le flagelle hautement organisé des spermatozoïdes et le cil primaire présent sur de nombreux types cellulaires. Le flagelle possède des structures qui lui sont propres telles que l’annulus, mais son assemblage chez les mammifères est encore très mal compris. Des observations anciennes suggèrent que l’annulus des spermatozoïdes humains est analogue au « centriole en anneau » décrit lors de la formation du flagelle de spermatozoïde de drosophile. Des travaux récents démontrent qu’effectivement ces deux structures partagent au moins deux protéines très conservées et retrouvées au niveau de la ZT des cils dans tous les organismes. Notre hypothèse de travail est donc que le « centriole en anneau » et l’annulus ont une origine évolutive commune avec la ZT.
L’objectif principal de ce projet est donc de déterminer comment les variations moléculaires de la ZT sont responsables de la diversité ciliaire. Le second, est de définir les mécanismes spécifiques qui régissent l’assemblage des flagelles au regard des autres types de cils chez la drosophile et les mammifères.
Pour cela il est nécessaire de comprendre les convergences et divergences de composition et d’organisation de la ZT, du « centriole en anneau » et de l’annulus. Nous proposons ainsi : 1) De caractériser les protéines nécessaires à l'assemblage de la ZT en utilisant une nouvelle approche d’étiquetage et de comparer, pour la première fois, le protéome de la ZT de deux types de cils très distincts au sein d’un même organisme et entre deux organismes, la drosophile et la souris; 2) D’identifier, par protéomique, les composants de l’annulus du flagelle de mammifère et nécessaires à sa formation; 3) De développer un crible génétique de défauts de la ZT chez la drosophile grâce aux outils originaux que nous avons développés au laboratoire; 4) De réaliser une analyse fonctionnelle des différentes protéines ainsi identifiées chez la drosophile et la souris.
Ce projet repose sur des observations préliminaires originales et allient deux équipes présentant une expertise parfaitement complémentaire en biologie des cils et des flagelles, dans deux organismes très distants. Il met l'accent sur une structure clef: la zone de transition, et explore une nouvelle voie qui questionne la façon dont la ZT a évolué pour contribuer à l'assemblage du flagelle des spermatozoïdes. Ce projet permettra d’identifier de nouveaux composants nécessaires pour construire la ZT et apportera de nouveaux éclairages sur les mécanismes qui contribuent à générer la diversité des cils chez les animaux. Enfin, il aura des retombées importantes en recherche médicale en apportant une nouvelle compréhension des ciliopathies et des infertilités masculines humaines.