Activation des petites GTPases à la périphérie des membranes

Small GTPases activation at the periphery of membranes

• Auteur / Autrice : François Peurois
• Direction : Jacqueline Cherfils
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 12/10/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et pharmacologie appliquée (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Nessler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacqueline Cherfils, Sylvie Nessler, Catherine L. Jackson, Bruno Antonny, Anne Blangy, Rodolphe Fischmeister, Gérald Peyroche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine L. Jackson, Bruno Antonny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séquence nucléotidique

Membranes (biologie)

GTPases

Mots clés libres

Gef

GTPase

Membrane

Inhibition

Epac

Résumé

Les petites GTPases sont des régulateurs majeurs de nombreux processus cellulaires. La dérégulation de l’activation des petites GTPases est à l’origine de nombreuses maladies comme, entre autres, certains diabètes et cancers. In vivo, l’activation des petites GTPases se fait par des facteurs d’échange nucléotidiques (GEF), qui interagissent avec les GTPases à la périphérie des membranes cellulaires. Au delà d’un simple lieu de co-localisation, les membranes biologiques possèdent des propriétés physico-chimiques impactant directement l’activation des petites GTPases par les GEFs. Ce projet de thèse s’articule autour de trois axes, 1) proposer une stratégie expérimentale pour mesurer quantitativement les effets des membranes dans cette activation, 2) établir un modèle d’activation à la périphérie des membranes du GEF EPAC1, cible thérapeutique de maladies cardiaques 3) caractériser des petites molécules inhibitrices connues d’ArfGEF dans un contexte membranaire. Les résultats ont montré que les membranes modifiaient l’efficacité catalytique des GEFs, et questionnait leur spécificité vis à vis des petites GTPases. Les membranes apparaissent également comme de véritables actrices de l’activation d’EPAC1 en coopération avec l’AMPc. Ces effets pourraient être expliqués par une colocalisation entre GEFs et GTPases à la surface des membranes, l’induction d’un réarrangement conformationnel du GEF par les membranes, une modification de la diffusion latérale des GEF, ou encore une géométrie catalytiquement avantageuse du complexe GEF-GTPase-membrane. Enfin comprendre et expliciter l’implication des membranes dans cette activation amène à imaginer de nouvelles stratégies d’inhibition thérapeutique.

Small GTPases are major regulators of many cellular processes. Nucleotide exchange factors (GEF) activate small GTPases. Deregulation of the activation of small GTPases is at the origin of several diseases, such as certain diabetes and cancers. GTPases and GEFs interact together at the periphery of cell membranes. Beyond a simple place of co-localization, biological membranes have physicochemical properties directly impacting the activation of small GTPases by GEFs. This thesis project is based on three axes, 1) to propose an experimental strategy to quantitatively measure the effects of membranes in this activation 2) to establish a model of the activation at the periphery of membranes of the GEF EPAC1, a therapeutic target in heart diseases, 3) to characterize known ArfGEF inhibitory small molecules in a membrane context. The results showed that membranes modified GEF catalytic efficiency, and questioned their specificity towards small GTPases. The membranes also appear as partners for the activation of EPAC1 in cooperation with cAMP. These effects could be explained by a co-localization between GEF and GTPases on the membranes surfaces, a conformational rearrangement of the GEF induced by membranes, a modification of lateral diffusion of the GEF, or a catalytically advantageous geometry of the GEF-GTPase-membrane complex. Finally, understanding the involvement of membranes in this activation leads us to imagine new therapeutic inhibition strategies.