Etudes structurales et fonctionnelles de FAT et de ses homologues

par Marie-Line Garron

Thèse de doctorat en Sciences chimiques et biologiques pour la santé. Biochimie et biologie moléculaire

Sous la direction de Stefan Arold.

Soutenue en 2007

à Montpellier 1 , en partenariat avec Université de Montpellier I. UFR des sciences pharmaceutiques et biologiques (1968-2014) (autre partenaire) .

mots clés

• Tyrosine kinases -- Inhibiteurs -- Thèses et écrits académiques
• Protéines kinases -- Thèses et écrits académiques
• Interactions protéine-protéine -- Thèses et écrits académiques
• Cancer -- Thérapeutique -- Thèses et écrits académiques
• Protein-tyrosine kinases -- Dissertations universitaires
• Inhibiteurs de protéines kinases -- Dissertations universitaires
• Thérapie moléculaire ciblée -- Thèses et écrits académiques
• Cellules -- Interaction -- Thèses et écrits académiques
• Communication cellulaire -- Dissertations universitaires

Résumé

Les adhésions focales (AFs) sont des complexes multi-protéiques cytoplasmiques qui régulent d’important processus cellulaires. La kinase des adhésions focales (FAK) est une protéine « d’échafaudage » centrale pour l’assemblage et le désassemblage des AFs. Son domaine C-terminal FAT (Focal Adhesion Targeting), en dépit de sa petite taille (15KDa), et de sa structure relativement simple (un faisceau de quatre hélices a antiparallèles), accomplit une panoplie de fonctions. Des études bio-informatiques ont montré que d’autres protéines des AFs présentaient des homologies de structure avec FAT. De plus, d’après la littérature, ces domaines sont tous des domaines C-terminaux, et jouent un rôle cellulaire comparable à FAT. Nous nous sommes donc interrogés s’il existait une famille de protéines structurellement et fonctionnellement homologues à FAT : les domaines HF (pour Homologue à FAT). Par une approche biophysique multidisciplinaire, nous avons étudié la structure, fonction et régulation de FAT, ainsi de deux de ses homologues potentiels, le domaine C-terminal de la famille de GIT et celui de la famille de CAS. Par des expériences de SAXS et de dichroïsme circulaire, nous avons pu confirmer un repliement homologue à FAT pour le domaine C-terminal de la famille de GIT. Une étude comparative entre FAT et GIT1, mêlant l’ITC et la mutagenèse, nous a permis de mettre en évidence le mécanisme de la régulation de leurs interactions avec les motifs LD de paxilline. Des études d’ITC portant sur la spécificité d’interaction entre FAT et les motifs dileucines nous ont permis de découvrir CD4 comme un nouveau ligand du domaine FAT, suggérant un rôle de FAK dans la signalisation des cellules T. Puis par cristallographie, nous avons pu déterminer la base moléculaire de cette interaction. Enfin, nous avons résolu, par des expériences de SAXS, la structure à basse résolution (14Å) d’un complexe atypique entre le domaine GEF (Guanine Nucleotide Exchange Factor) de AND-34 et le domaine C-terminal de la famille de CAS. Nos résultats soulignent la polyvalence de FAT, et suggèrent un lien évolutif pour les domaines C-terminaux des familles de FAK et GIT. Ces domaines fonderaient donc la nouvelle famille des domaines HF. Par contre, les domaines C-terminaux de la famille de CAS n’apparaissent être que des analogues structuraux. En effet, la structure en fagot d’hélice antiparallèle n’est pas typique des domaines HF, puisqu’on la retrouve dans beaucoup de domaines d’interaction des protéines des AFs. La capacité de ces structures en hélices à interagir entre elles semble importante pour former les interactions multiples et variées qui permettent aux AFs de se lier, de façon signal-dépendante, au cytosquelette

Résumé

Focal adhesions (FAs) are multi-protein complexes involved in cellular processes such as proliferation, adhesion, migration, as well as in oncogenic transformation. The FA targeting (FAT) domain is the C-terminal domain of the docking protein FA kinase (FAK). FAT allows FAK localisation at FAs by interacting with paxillin LD motifs. This localisation is essential for FA assembly and regulation. Structure based sequence alignment revealed homology with C-terminal domains of three FA protein families: Vinculin, Cas, p95/GIT1. Currently, only the structures of the FAT and Vinculin tail domains have been determined. By Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and circular dichroïsm experiments we now confirm structural similarity of HEF-1 (a Cas family member) and GIT1 C-terminal domains with FAT. Both domains are, like FAT, required for protein localisation at FAs. We show that regulation of the interaction between GIT1 and paxillin LD motifs are different from FAT. HEF-1, in contrast does not bind LD motifs, but, surprisingly, associates intimately with the Guanidine Exchange Factor (GEF) domain of AND-34, a recently discovered protein implicated in the resistance of breast cancer cells to anti-estrogen tamoxifen treatment. We here present first structural insights into this atypical interaction between a GEF domain and a non-G-protein. In summary, even though 4-helix structure and FA localisation are conserved features of FAT-like domain, they have evolved individual molecular mechanisms for recruitment and regulation. Inhibitors for FAT-like domains might prove useful in blocking formation of metastases.