Mechanosignaling through Caveolae : A New Role for the Control of JAK-STAT Signaling

par Nicolas Tardif

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Christophe Lamaze.

Soutenue le 19-10-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie , en partenariat avec Cnrs UMR 3666/ Inserm U 1143 - Chimie biologique des membranes et ciblage thérapeutique (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Marc Le Maire.

Le jury était composé de Christophe Lamaze, Marc Le Maire, Benjamin Nichols, Corinne Albiges-Rizo, Gideon Schreiber.

Les rapporteurs étaient Benjamin Nichols, Corinne Albiges-Rizo.

  • Titre traduit

    Mécano-signalisation par les cavéoles : un rôle nouveau dans le contrôle de la voie de signalisation JAK-STAT


  • Résumé

    Les cavéoles sont des invaginations en forme de coupelle à la membrane plasmique. Ces organelles multifonctionnelles jouent entre autres, un rôle clé dans la mécano-protection et la signalisation cellulaire. En effet, les cavéoles ont la faculté de s’aplanir en réponse à l’augmentation de la tension membranaire, afin de protéger la cellule des contraintes mécaniques. Les cavéoles jouant un rôle clé dans la signalisation cellulaire, nous avions émis l’hypothèse que le cycle mécano-dépendent de désassemblage/réassemblage des cavéoles constitue un interrupteur mécanique de certaines voies de signalisation. Ce projet consiste à élucider le mécanisme moléculaire responsable du contrôle de la voie de signalisation JAK-STAT par la mécanique des cavéoles. Dans ces travaux, nous avons pu démontré que la cavéoline-1 (Cav1), un constitutant essentiel des cavéoles est libérée et devient hautement mobile au niveau de la membrane plasmique. Considérant les propriétés de signalisation de Cav1, Nous avons testé l’effet du désassemblage des cavéoles sur la signalisation cellulaire. Un criblage à haut débit, nous a permis identifié la voie de signalisation JAK- STAT stimulée par l’IFN-α comme voie modèle pour cette étude. En effet, la transduction du signal JAK-STAT induit par l’IFN-α est modulée par la mécanique des cavéoles. Afin de disséquer le mécanisme moléculaire responsable du contrôle de la signalisation JAK-STAT par la mécanique des cavéoles, nous avons déterminé le rôle de Cav1 dans ce contrôle. Nous avons observé que Cav1 est un régulateur négatif de la phosphorylation de STAT3 dépendante de la kinase JAK1. De plus, nous avons démontré que Cav1 interagit avec JAK1 en fonction de la tension membranaire. Nous avons également démontré que cette interaction Cav1-JAK1 fait intervenir le « scaffolding domain » de Cav1 (CSD), et que celui-ci est responsable de l’abolition de l’activité kinase de JAK1. Par conséquent, l’interaction de Cav1 avec JAK1 empêche l’activation de STAT3 par la kinase JAK1. Ces résultats démontrent que les cavéoles sont des organelles de mécano-signalisation, qui, lors d’un stress mécanique, libèrent de la Cav1 non cavéolaire capable d’inactiver la kinase JAK1, empêchant ainsi, la transduction du signal JAK-STAT.


  • Résumé

    Caveolae are small cup-shaped plasma membrane invaginations. These multifunctional organelles play a key role in cell mechanoprotection and cell signaling. Indeed our laboratory reported that caveolae have the ability to flatten out upon membrane tension increase, protecting cells from mechanical strains. Since caveolae play a key role in cell signaling we hypothesized that the mechano-dependent cycle of caveolae disassembly/reassembly may constitute a mechanical switch for signaling pathways. In this project, we elucidated the molecular mechanism underlying the control of JAK-STAT signaling by caveolae mechanics. We showed that caveolin-1 (Cav1), an essential caveolar component is released and become highly mobile at the plasma membrane under mechanical stress. Considering that caveolae are important signaling hubs at the plasma membrane, we addressed the effects of the mechanical release of Cav1 on cell signaling. Using high throughput screening, we identified the JAK-STAT signaling pathway as a candidate. To further dissect the molecular mechanism underlying the control of JAK-STAT signaling by caveolae mechanics, we addressed the role of Cav1 in the control of JAK-STAT signaling stimulated by IFN-α. We found that Cav1 was a specific negative regulator of the JAK1 dependent STAT3 phosphorylation. Furthermore, the level of Cav1 interaction with JAK1 depended on mechanical stress. We could show that Cav1-JAK1 interaction was mediated by the caveolin scaffolding domain (CSD), abolishing JAK1 kinase activity, hence, interfering with STAT3 activation upon IFN-α stimulation. Altogether our results show that caveolae are mechanosignaling organelles that disassemble under mechanical stress, releasing non-caveolar Cav1, which binds to the JAK1 kinase and inhibits its catalytic activity, preventing thereby JAK-STAT signal transduction.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 19-10-2019


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