Motilité liée à la polymérisation de l'actine : régulation des réseaux branchés d'actine par le complexe Arp2/3 en réponse à la signalisation

Actin-based motility : regulation of branched actin arrays induced by the Arp2/3 complex in response to signaling

• Auteur / Autrice : Christophe Le Clainche
• Direction : Marie-France Carlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Biochimie
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Motilité cellulaire

Cytosquelette

Protéines WASP

Atp

Résumé

Le complexe Arp2/3 (Actin-related protein 2/3 complex) joue un rôle majeur dans la réorganisation du cytosquelette d'actine en réponse à la signalisation dans la motilité cellulaire. Les protéines de la famille WASP (Wiskott-Aldrich Syndrom Proteins) relient le complexe Arp2/3 à une grande variété de signaux extracellulaires. Le complexe Arp2/3 activé par les protéines WASP multiplie les filaments d'actine par branchement. La formation d'un réseau polarisé dendritique de filaments d'actine et la force qui en résulte permet de déformer la membrane plasmique. Ce processus est utilisé par les cellules motiles pour étendre le lamellipode. Nos travaux sur les protéines WASP ont montré que la protéine N-WASP fixe simultanément des activateurs comme Grb2 et des inhibiteurs comme WIP (WASP Interacting Protein) pour réguler de manière fine l'activation du complexe Arp2/3. En plus de ces protéines régulatrices, la protéine WASP coopère avec la protéine VASP (Vasodilator-Stimulated Phosphoprotein) pour transformer la force de polymérisation de l'actine en force de protrusion pour déformer la membrane plasmique. Dans une deuxième partie, nous avons étudié les réactions associées à l'activation du complexe Arp2/3 par les protéines de la famille WASP. Le complexe Arp2/3 contient sept sous-unités dont deux protéines apparentées à l'actine, Arp2 et Arp3. Nous avons montré que dans le complexe Arp2/3, Arp2 et Arp3 fixent le nucléotide ATP et que la fixation de la protéine N-WASP à Arp2/3 augmente l'affinité de Arp2 pour l'ATP. La fixation de l'ATP sur Arp2 est nécessaire à la formation de filaments d'actine branchés par le complexe Arp2/3. Enfin, l'hydrolyse de l'ATP sur Arp2 provoque le débranchement des filaments d'actine. Nos travaux suggèrent que les cycles d'échange et d'hydrolyse de l'ATP sur le complexe Arp2/3 et sur l'actine gouvernent la structure et la stabilité du réseau d'actine dans le lamellipode et jouent un rôle majeur dans la motilité cellulaire.

The Arp2/3 complex (Actin-related protein 2/3 complex) plays a key role in the spatially controlled actin polymerisation in response to extracellular signals leading to cell motility. The WASP (Wiskott-Aldrich Syndrom Proteins) family proteins connect the Arp2/3 complex to a variety of extracellular signals. Upon activation by WASP proteins, Arp2/3 complex multiplies actin filaments by branching. Growth of the resulting polarised dendritic array of branched filaments produces a mechanical force on the plasma membrane, allowing the formation of cell protrusions like lamellipodia and filopodia. In the first part of this work, we demonstrate that N-WASP can bind activators like the adaptor Grb2 and inhibitors like WIP (WASP Interacting Protein) simultaneously to regulate Arp2/3. In addition to these regulators, VASP (Vasodilator-Stimulated Phosphoprotein) cooperates with WASP to transform actin polymerisation into protrusive force. In a second part, we have studied the elementary reactions associated to Arp2/3 complex activation by WASP proteins. The Arp2/3 complex is composed of seven subunits including two actin related proteins, Arp2 and Arp3. We demonstrate that in Arp2/3 complex, Arp3 and Arp2, bind ATP. The binding of N-WASP to Arp2/3 enhanced the affinity ofArp2 for ATP. The binding of ATP to Arp2 is required for the branching activity of Arp2/3 complex. Finally, we show that ATP hydrolysis on Arp2 provokes debranching of actin filaments. In conclusion this work suggests that cycles of ATP exchange and hydrolysis on actin as well as on Arp2/3 complex govern the structure and the stability of the actin array in lamellipodia and thus play an important role in cell motility.