Influence des gangliosides dans la dynamique et la compartimentation de la tétraspanine CD82 et de ses partenaires

Influence of gangliosides in the dynamics and partitioning of CD82 and its partners

• Auteur / Autrice : Laurent Fernandez
• Direction : Pierre-Emmanuel Milhiet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 22/09/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Biologie Structurale (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Andrea Parmeggiani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Emmanuel Milhiet, Fedor Berditchevski, Hai Tao He, Eric Rubinstein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fedor Berditchevski, Hai Tao He

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tétraspanines

Microscopie à super-résolution

Molécule unique

Gangliosides

Mots clés libres

Tétraspanine

Gangliosides

Molécule unique

Microscopie à super-Résolution

Pistage en molécule unique

Tetraspanin

Gangliosides

Single molecule

Super resolution microscopy

Single molecule tracking

Résumé

Un membre de la famille des tétraspanines, CD82, est une protéine transmembranaire et l'un des rares suppresseurs de métastase identifié jusqu'à présent. Cependant, le mécanisme de suppression de métastase induite par CD82 reste mal compris. Les tétraspanines, y compris CD82, ont la propriété unique de créer un réseau d'interactions protéines-protéines à la membrane plasmique, appelé « tetraspanin web ». Dans ce réseau, CD82 est connu pour interagir avec d’autres tétraspanines, y compris CD9, CD81 et CD151, en plus d’autres protéines membranaires telles que les intégrines, les récepteurs de facteurs de croissance et les protéines de type immunoglobuline. De plus, des travaux antérieurs ont identifié que l'interaction de CD82 avec l’EGFR, d'autres tétraspanines et les intégrines dépend de l'expression des gangliosides au sein de la membrane plasmique.À ce jour, les études dans ce domaine ont utilisé des techniques d'ensemble qui ne peuvent pas tenir compte de la dynamique et de la stochasticité de la membrane, alors qu'il est maintenant bien établi que l'organisation spatio-temporelle de ses composants est cruciale pour certaines fonctions cellulaires.Ainsi, lors de ma thèse de doctorat, j'ai cherché à étudier à la fois la dynamique et la compartimentation de CD82 et de ses partenaires à la membrane plasmique des cellules épithéliales mammaires HB2. Pour ce faire, la technique de pistage en molécule unique basée sur l’utilisation d’un microscope TIRF a été utilisée afin d’obtenir des informations directes à l'échelle nanométrique sur la dynamique de protéines individuelles dans les cellules vivantes. Nos expériences en pistage de molécule unique ont démontré que l'expression de CD82 augmentait la dynamique CD81 à la membrane plasmique des cellules HB2 et modifiait ses interactions au sein du tetraspanin web. En revanche, les dynamiques de CD9 et de l’intégrine α3 n'ont pas été modifiées par l'expression de CD82. De plus, en modifiant enzymatiquement l'expression des gangliosides, nous avons montré que ces lipides sont impliqués à la fois dans la dynamique et la compartimentation des tétraspanines à la membrane plasmique. En effet, la déplétion en gangliosides entraine une augmentation de la dynamique de CD82, CD81 et de l’intégrine α3 ainsi qu'une redistribution des tétraspanines à la membrane plasmique. Nous avons également étudié la migration en 2D des cellules HB2 et montré que CD82 et les gangliosides modifiaient de façon différentielle la migration des cellules HB2.L’ensemble de nos résultats démontrent que CD82 et les gangliosides modulent de manière différente la dynamique et la compartimentation des tétraspanines et de leurs partenaires à la membrane plasmique des cellules HB2. Enfin, ce travail suggère que l'activité de CD82 en tant que suppresseur de métastase pourrait être en partie liée à sa capacité, en coopération avec les gangliosides, à moduler l'organisation spatio-temporelle de ses partenaires au sein du tetraspanin web.

A member of the family of tetraspanins, CD82, is a transmembrane protein and one of the rare metastasis suppressors identified so far. However, the mechanism of CD82-induced metastasis suppression remains not fully revealed. Tetraspanins, including CD82, have the unique property to create a network of protein-protein interactions within the plasma membrane, called tetraspanin web. Within this network, tetraspanins interact with each other (eg. CD82 with CD9, CD81 and CD151) as well as with other proteins, such as: integrins, growth factor receptors and immunoglobulin-like proteins. Additionally previous work has identified that the interaction of CD82 with EGFR, other tetraspanins and integrins depends on the expression of gangliosides at the plasma membrane.To date, studies in this field have employed ensemble-averaging techniques which are unable to account for membrane dynamics and stochasticity. Nevertheless, it is now well established that the spatio-temporal organization of its components is crucial for cellular functions.Thus, during my PhD thesis I aimed to study both the dynamics and partitioning of CD82 and its partners at the plasma membrane of HB2 mammary cells. To achieve this aim, a TIRF-based Single Molecule Tracking (SMT) approach was employed to provide direct nanoscale insights by observing individual proteins in living cells. Our SMT experiments demonstrated that CD82 overexpression increased CD81 dynamics at the plasma membrane of HB2 cells and modified its interaction within the tetraspanin web. In contrast, CD9 and α3 integrin dynamics were not modified by CD82 expression. Moreover, by enzymatically tuning gangliosides expression, we showed that these lipids are involved in both dynamics and partitioning of tetraspanins at the plasma membrane. Indeed, gangliosides depletion resulted in an increase in CD82, CD81 and α3 integrin dynamics as well as a redistribution of tetraspanins at the plasma membrane. We also investigated the 2D migration of HB2 cells showing that CD82 and gangliosides differentially altered the cellular migration of HB2 cells.Taken together, our results demonstrate that both CD82 and gangliosides differentially modulate the dynamics and partitioning of tetraspanins and their partners at the plasma membrane of HB2 cells. Finally, this work suggests that CD82 activity as metastasis suppressor could be in part linked to its ability, in cooperation with gangliosides, to modulate the spatio-temporal organization of its partners within the tetraspanin web.