Etude du rôle des protéines Rab et de leurs effecteurs sur les Tunneling nanotubes

Study of the role of Rab proteins and their effectors on Tunneling nanotubes

• Auteur / Autrice : Shaarvari Bhat
• Direction : Chiara Zurzolo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Trafic membranaire et pathogenèse
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Cuif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chiara Zurzolo, Marie-Hélène Cuif, Evelyne Coudrier, Guillaume Van Niel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Coudrier, Guillaume Van Niel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Axone

Vésicules (cytologie)

Protéines rab

Mots clés libres

Rab35

Rab11a

Rab8a

Actine

Protéines

Rab35

Rab11a

Rab8a

Actin

Proteins

Résumé

Les nanotubes de tunnellisation (TNT) sont des structures riches en F-actine qui relient des cellules distantes, permettant le transport de nombreux composants cellulaires (des vésicules, des organites etc.). Les TNT sont impliqués dans des processus cellulaires clés, tels que le développement, l'immunité et la régénération des tissus, mais également dans la transmission de divers agents pathogènes. Plusieurs facteurs moléculaires ont été identifiés pour participer à la formation de la formation de TNT. Le complexe de l'exocyste est l'un des premiers facteurs moléculaires impliqués dans cette formation. Il est impliqué dans l’attachement des vésicules sécrétoires, suggère que les protéines qui régulent le trafic vésiculaire pourraient jouer un rôle dans la formation de TNT. Nous avons émis l'hypothèse que la formation de TNT est modulée par des protéines qui participent à la fois à la régulation du trafic vésiculaire et au remodelage du cytosquelette d'actine, deux processus qui sont essentiels pour la formation de ces structures. Comme les Rab-GTPase sont les principaux régulateurs du trafic vésiculaire et participent à la régulation du cytosquelette d'actine, nous avons examiné le rôle de cette famille de protéines dans la formation de TNT. Tout d'abord, nous avons effectué un criblage de plusieurs protéines de Rab pour son effet sur le transfert de vésicule dépendant de TNT. Nous avons constaté que Rab8a, Rab11a et Rab35 ont un effet positif sur le transfert de vésicule. Surexpression de Rab8a et Rab11a augmentait également le nombre de cellules connectées au TNT. Lors de la surexpression de VAMP3 (une autre protéine impliquée dans le trafic vésiculaire), augmentait du nombre de cellules connectées au TNT. Une analyse plus poussée a montré que les trois protéines (Rab11a, Rab8a et VAMP3), ont un effet sur la formation de TNT de manière cascade. Pour établir une relation entre Rab11a et Rab8a, nous avons vérifié le rôle de Rabin8 sur la formation de TNT (une protéine qui interagit avec Rab11 et qui active Rab8) et nous n’avons observé aucun effet dans la formation de TNT. De plus, nous avons vérifié une autre protéine dont la fonction est similaire à Rabin8, à savoir GRAB (facteur d’échange de nucléotide de guanine-GAP- pour Rab3A) et son rôle dans la formation de TNT. Surexpression de GRAB augmente la formation de TNT, mais qu’elle agit de manière indépendante de Rab11 et Rab8a pour réguler la formation de TNT. L'analyse de Rab35-GTP, impliquée dans le recyclage des endocytes, la cytokinèse et la croissance des neurites, augmente la formation de TNT. La croissance des neurites est nécessaire pour la connectivité neuronale et le recyclage des vésicules joue un rôle crucial dans ce processus. Rab35 interagit avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire, telles que ACAP2 (GAP de ARF6), MICAL-L1 (molécule interagissant avec CasL-like1 et participe dans le recyclage des vésicules) EHD1 (un ciseau moléculaire) qui participe dans la scission de la vésicule). Sur les endosomes positifs pour ARF6, Rab35 recrute ACAP2 et MICAL-L1 et forme un complexe qui se lie à EHD1 pour réguler la croissance des neurites. Nos données suggèrent fortement que ces effecteurs pourraient également être impliqués dans la formation de TNT. Individuellement, ACAP2, EHD1 et ARF6-GDP régulent la formation de TNT de manière positive et MICAL-L1 ne montre aucun effet sur les TNT. En outre, des données préliminaires indiquent que Rab35 et EHD1 agissent dans un mécanisme en cascade pour réguler la formation de TNT, suggérant que la formation de TNT et la croissance des neurites peuvent agir de manière similaire. Les molécules identifiées constituent des cibles moléculaires potentielles pour les thérapies visant à bloquer la propagation d'agents pathogènes transférés à travers les TNT. Cette étude prouve que les protéines jouant un rôle dans le trafic vésiculaire et la croissance des neurites participent également à la formation de TNT.

Tunneling nanotubes (TNTs) are F-actin rich structures that connect distant cells, allowing the transport of many cellular components, including vesicles, organelles and different kind of molecules. TNTs are implicated in key cellular processes, such as development, immunity and tissue regeneration, but also in the transmission of various pathogens. Several molecular factors have been identified to participate in the regulation of TNT formation. One of the early molecular factors that is implicated in TNT formation is the exocyst complex. This complex is also involved in the tethering of secretory vesicles during secretion, which suggest that proteins that regulate vesicle trafficking could have a role in TNT formation. We have hypothesized that the formation of TNTs is modulated by proteins that participate in both, the regulation of vesicle trafficking and the remodelling of the actin cytoskeleton, and that these two processes are key for the formation of these structures. Since Rab GTPases are the major regulators of vesicle trafficking and also participate in actin cytoskeleton regulation, we examined the role of this protein family in TNT formation. First, we performed a screening of several different Rab proteins for its effect on TNT-dependent vesicle transfer. We found that Rab8a, Rab11a and Rab35 have a positive effect on vesicle transfer. Additional studies demonstrated that Rab8a and Rab11a overexpression also increase the number of TNT connected cells. Upon overexpression of VAMP3 (another protein involved in vesicle trafficking), we also observed an increase in the number of TNT connected cells. Further analysis showed that all three proteins, i.e. Rab11a, Rab8a and VAMP3, show an effect on TNT formation in a cascade dependent manner. To establish a relationship between Rab11a and Rab8a, we checked the role of Rabin8 (a protein that interacts with Rab11 and activates Rab8), on TNT formation and we found that it has no role in TNT formation. Additionally, we checked another protein whose function is similar to Rabin8, i.e. GRAB (guanine nucleotide exchange factor for Rab3A) and its role in TNT formation. The results show that GRAB overexpression increases TNT formation, but it acts in a pathway independent of Rab11 and Rab8a to regulate TNT formation. The analysis of Rab35, a protein involved in endocytic recycling, cytokinesis and neurite outgrowth, showed that the GTP-Rab35 bound form also increases TNT formation. Neurite outgrowth is an essential process in order to establish neural connectivity and vesicle recycling plays a crucial role in this process. Rab35 interacts with several proteins, that are involved in vesicle trafficking such as such as ACAP2 (acts as GAP of ARF6), MICAL-L1 (molecule interacting with CasL-like 1, which plays a role in vesicle recycling) EHD1 (a molecular scissor that has a role in vesicle scission). At the ARF6 positive endosomes, Rab35 recruits ACAP2 and MICAL-L1, and forms a complex that binds to EHD1 to regulate neurite outgrowth.Our data strongly suggest that these effectors may also be involved in the formation of TNTs. Individually, ACAP2, EHD1 and ARF6-GDP regulate TNT formation in a positive manner. But MICAL-L1 overexpression in cells shows no effect on TNTs. Also, preliminary data, indicates that Rab35 and EHD1 acts in a cascade mechanism to regulate TNT formation. This indicates that TNT formation and neurite outgrowth may act in a similar, but not exact pathway. The molecules identified here that have a role in TNT formation, constitute potential molecular targets for therapies aiming to block the spreading of pathogens that transfer through TNTs.This study proves that proteins that have a role in vesicle trafficking and neurite outgrowth, such as Rab proteins, are also involved in TNT formation.