Les récepteurs des Sémaphorines de classe 3 : spécificité d'assemblage et de fonction

Deciphering Cell surface assembly and function of Class 3 semaphorin receptors

• Auteur / Autrice : Carole Jourdan
• Direction : Jean-Raymond Fabrice Ango
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 29/11/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Michel Desarménien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Raymond Fabrice Ango
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Prévot, Fekrije Selimi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système nerveux central

Interneurones

Sémaphorines

Mots clés libres

Récepteurs des Sémaphorines de classe 3

Interaction protéines/protéines

Fret

Interneurones GABAergiquese

Spécificité des PléxinesA

Class 3 Semaphorin receptors

Protein/protein interaction

Fret

GABAergic interneurons

PlexinsA specificity

Résumé

Les Sémaphorines de classe 3 modulent de nombreux comportement neuritiques lors de la formation du système nerveux central. Leur liaison sur des complexes récepteurs composés de la sous unité obligatoire de liaison au ligand, les Neuropilines1,2 (Nrp1,2) et de la sous unité de signalisation, les PléxinesA1-4, permet d'assurer la spécificité fonctionnelle. Cependant, les mécanismes moléculaires contrôlant la formation de ces complexes récepteurs ne sont pas connus. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'assemblage des complexes récepteurs des Sémaphorines de classe 3 par une approche FRET. J'ai pu montrer que Nrp1,2 forment des homo et hétéro-oligomères à la membrane plasmique. Nrp1 peut former des hétero-oligomères avec les PléxinesA1,2 et 4 mais apparemment pas avec PléxineA3. La délétion du domaine Séma de PléxineA3 (PléxinesA3∆sem) suffit pour induire la formation d'hétéro-complexes Nrp1-PléxinesA3∆sem. Ces résultats suggèrent que le domaine Séma de PléxineA3 adopte une conformation différente des autres PléxinesA et empêche l'interaction entre PléxineA3 et Nrp1. De plus, toutes les PléxinesA peuvent former des homo-oligomères de manière indépendante du domaine Séma. Ces résultats suggèrent que les récepteurs des Sémaphorines de classe 3 pourraient former des complexes oligomériques plus important, composés d'homo-dimères de Nrps et de PléxinesA. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la spécificité de signalisation des PléxinesA dans les interneurones GABAergiques du cervelet. Au laboratoire, nous avons montré que Séma3A induit la formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet par l'intermédiaire de Fyn. Mais l'identité des complexes récepteurs Séma3A impliquée dans ce processus n'était pas connue. Nous avons montré que les interneurones GABAergiques expriment PléxineA1,A2 A3 mais pas A4. Alors que les PléxinesA1,2 et 3 interagissent avec la protéine Fyn, seule l'activation des voies de signalisation de PléxineA1 et A2 induit la formation de branches in vitro. De manière intéressante, Fyn interagit avec les PléxinesA1 et A2 via son domaine SH3 alors qu'elle utilise son domaine SH2 pour l'interaction avec PléxineA3, suggérant l'importance du mode d'interaction de Fyn avec les PléxinesA pour sa fonction. Enfin nous avons pu montrer que PléxineA1 est la seule Pléxine in vivo capable d'induire un défaut de formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet.

Secreted class 3 Semaphorin (Sema3) modulates a wide variety of axon behavior during central nervous system formation. Sema3 family functions are triggered through binding to specific receptor complexes that include the obligate binding subunit Neuropilins-1 and 2 (Nrp1-2) and the signalling subunit plexin-A1-4. Yet, the exact mechanism controlling Sema3 receptor complex formation is not known. Here, we investigate Sema3 cell surface receptor formation using a time resolved FRET approach. We showed that Nrp-1 and 2 formed homo and hetero-oligomers at the cell surface of leaving cells. Nrp-1 can form hetero-oligomers with PlexinA1, A2 and A4 but not with PlexinA3. Deletion of the Plexin-Sema domain of PlexinA3 (PlexinA3∆sem) induced the formation of Nrp1 and PexinA3∆sem hetero-complexes. These results showed that PlexinA3-sema domain adopts a different conformation from the other PlexinAs and inhibited the interaction with Nrp1. Furthermore, PlexinAs can form homo-oligomers independently of the Plexin-Sema domain. These results further suggest that Sema3 receptors could form higher oligomeric complex that include homodimers of both neuropilins and PlexinAs. Understanding the basic principles of Sema3 receptor assembly will be pivotal to decipher how ligand binding translates into specific pathways of cellular signaling. In the second part of my thesis we investigated PlexinA specific signaling in cerebellar GABAergic interneurons. Sema3A induced GABAergic axonal branching in cerebellar cortex in a Fyn dependent manner (Cioni et al.,2013). However the identity of Sema3A receptor complexes involved in this process needed further investigation. We showed that PlexinA1, A2 and A3, but not PlexinA4, are expressed in GABAergic interneurons. While PlexinA1-3 are associated with FYN, only PlexinA1 and A2 induced axon branching. Interestingly, Fyn interaction with PlexinA1 and A2 is mediated via the SH3 domain while the interaction with PlexinA3 is through the SH2 domain, suggesting that the binding mode of Fyn to PlexinA is important. These results were further supported by in vivo characterization of PlexinA1-4 deficient mice that showed GABAergic axon branch deficit only in PlexinA1 mutant.