Approche par nanobody pour capturer les interactomes de complexes protéiques dimériques en contexte cellulaire vivant

A nanobody based approach to capture interactomes of dimeric protein complexes in living cells

• Auteur / Autrice : Nawal Hajj Sleiman
• Direction : Samir Merabet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/09/2024
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (Lyon ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Fondation : Fondation pour la Recherche Médicale (France)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Palancade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samir Merabet, Benoît Palancade, Catherine Picart, Julien Bethune, Chloé Journo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Picart, Julien Bethune
• DOI : 10.70675/633151e1z9a1cz42b0zbcbaz776177601937

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions protéine-protéine

Mots clés libres

Cell-PCA

TurboID

Bi-nano-ID

Nanobody

BiFC

Interaction protéique

ERK

TAZ

Signalisation Hippo

Cell-PCA

TurboID

Bi-nano-ID

Nanobody

BiFC

Protein Interaction

ERK

TAZ

Hippo Signaling

Résumé

L’identité et le devenir de chaque cellule dépend du contenu en protéines et, en particulier, des réseaux d'interactions protéine-protéine (IPP, également appelés interactomes). Les protéines ont la propriété générale de s'engager dans des assemblages macromoléculaires très variés, chacun ayant des fonctions bien distinctes. Par conséquent, identifier les IPP et les lier à des complexes particuliers est un enjeu crucial mais difficile en biologie. Cette problématique a été au cœur de mon travail de doctorat. Une première partie de mon travail est dédiée à l'amélioration d'une méthode existante pour capturer de nouvelles IPP dans le contexte de fonctions biologiques définies. Ce travail a été réalisé avec ERK1, un régulateur clé en aval de plusieurs voies de signalisation impliquées dans de nombreux cancers. Les nouveaux outils ont été testés dans le contexte de fonctions de ERK1 sensibles à deux molécules inhibitrices dans les cellules humaines HEK293T. Une interaction a été confirmée aux niveaux fonctionnel et moléculaire, ainsi qu’en utilisant une stratégie d'imagerie originale pour accéder à la dynamique des IPP dans les cellules vivantes. La deuxième partie de mon travail de doctorat est dédiée à l'établissement d'une méthodologie pionnière pour capturer les IPP endogènes établies par un complexe protéique dimérique spécifique dans les cellules humaines vivantes. Cette méthodologie couple la Complémentation de Fluorescence Bimoléculaire (BiFC) et les technologies démarquage par la biotine de proximité. Plus précisément, elle repose sur l’utilisation d’un petit anticorps (appelé aussi « nanobody ») dirigé contre le complexe BiFC et fusionné à la ligase biotine TurboID. Ces outils ont été établis avec les complexes TAZ/14-3-3e et TAZ/TEAD2, qui traduisent respectivement l'activité de la voie de signalisation Hippo dans le cytoplasme et le noyau. Notre approche a permis de capturer les interactomes spécifiques de ces deux complexes protéiques et d'identifier un nouveau régulateur clé du complexe TAZ/14-3-3e pour contrôler ses fonctions de prolifération cellulaire. Dans son ensemble, mon travail de doctorat a introduit deux méthodologies complémentaires pour déchiffrer les réseaux d'IPP au niveau de fonctions biologiques spécifiques ou pour un complexe protéique spécifique en contexte cellulaire vivant. Ces approches offrent une nouvelle dimension pour comprendre les fonctions des protéines et les interactomes sous-jacents dans des contextes cellulaires normaux ou pathologiques.

Cell fate and fitness depend on the protein content, and in particular on the interaction networks (also called interactomes) connecting the different proteins. Proteins have the general property to engage in diverse and occasionally overlapping macromolecular assemblies, each serving distinct purposes. Therefore, identifying protein-protein interactions (PPIs) and linking them to complexes is a crucial yet challenging issue in biology. This issue was at the core of my PhD work. The first part of my work was dedicated to the improvement of an existing method for capturing novel PPIs in the context of defined biological functions. This work was established with ERK1, which is a key downstream regulator of several signaling pathways involved in many different cancers. The new tools were tested in the context of two different inhibitory molecules to capture drug-sensitive interactions of ERK1 in human HEK293T cells. One such interaction was confirmed at the functional and molecular levels, by using an original imaging strategy to access the PPI dynamics in live cells. The second part of my PhD work was dedicated to the establishment of a pioneer methodology to capture endogenous PPIs established by a specific dimeric protein complex in human live cells. This methodology couples Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) and proximity biotin labelling technologies. More specifically, it is based on a GFP-nanobody directed toward the BiFC complex and fused to the TurboID biotin ligase. Tools were established to map TAZ/14-3-3 and TAZ/TEAD complexes interactome, which translate the activity of the Hippo signaling pathway in the cytoplasm and nucleus, respectively. Our approach allowed capturing specific interactomes of the two dimeric protein complexes and identifying a novel key regulator of TAZ/14-3-3 complexes in a cancer cell context. Collectively, my PhD work introduced two complementary methodologies for deciphering PPI networks in the context of specific biological functions or in the context of a specific protein complex in human live cells. These approaches provide a novel dimension for understanding protein functions and the underlying interactomes in normal or pathological cell contexts.