Assemblage de l'actine et motilité cellulaire : mécanisme moléculaire de la formine, un moteur processif de l'assemblage des filaments

Actin assembly and cell motility : molecular mechanism of formin, a processive motor of filaments assembly

• Auteur / Autrice : Stéphane Romero
• Direction : Marie-France Carlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Biochimie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Hydrolyse de l'ATP

Profiline

Résumé

Les formines jouent un rôle majeur dans la mise en place du réseau d’actine en réponse à la signalisation des petites GTPases de la famille Rho. Le domaine FH2 (Formin Homology domain 2) initie la polymérisation des filaments d’actine et interagit avec l’extrémité barbée des filaments d’actine pour former un réseau de filaments parallèles, indispensable pour la formation des filopodes. Nous avons montré que la profiline est indispensable pour que le domaine FH1-FH2 reste processivement lié aux extrémités barbées en croissance. FH1-FH2 accélère l’assemblage de profiline-actine à l’extrémité barbée (15 fois) et le détachement de la profiline du filament (6 fois). FH1-FH2 accélère l’hydrolyse de l’ATP en présence de profiline. Lorsque la dissociation du phosphate est inhibée, la profiline coiffe les extrémités barbées des filaments d’actine. Ainsi, la profiline couple l’hydrolyse de l’ATP et la dissociation du phosphate à la polymérisation pour fournir à la formine l’énergie nécessaire à sa processivité. L’ensemble de ces résultats nous a permis de reconstituer in vitro les processus motiles rapides basés sur la formine à l’état stationnaire observés in vivo. Les protéines de coiffes conventionnelles comme la Gelsoline, CapG ou la Capping Protein augmentent la vitesse des processus motiles basés sur la formine mais arrêtent la croissance des filaments à partir de la formine contrairement à la twinfiline qui possède une double activité de coiffe et de séquestration. Cependant, leur affinité pour les bouts barbés associés à la formine est réduite de 100 fois. Ainsi, elles agissent comme une horloge moléculaire qui contrôle le nombre de cycles processifs catalysés par la formine.

Formins play a key role in local actin polymerization in response to Rho GTPases signalization. The FH2 domain (Formin Homology domain 2) initiates actin polymerization and interacts with filaments barbed ends leading to a parallel actin network, required for filopodia formation. We have demonstrated that profilin is required for processive binding of the FH1-FH2 domain of formin to growing barbed ends. FH1-FH2 accelerates profilin-actin assembly at barbed ends (15-fold) and detachment of profilin from barbed ends (6-fold). FH1-FH2 accelerates ATP hydrolysis in the presence of profilin. Profilin caps barbed ends when phosphate release is inhibited. Thus, profilin couples ATP hydrolysis and phosphate release to actin polymerization to provide the energy required for formin processivity. All together, these results allowed us to reconstitute in vitro the rapid formin-based motility processes observed in vivo. Conventional capping proteins like Gelsolin, CapG or the Capping Protein accelerate formin-based motility but arrest formin-bound barbed end growth unlike Twinfilin that possesses a capping and a sequestering function. However, capping proteins affinity for formin-bound barbed ends is reduced by 100-fold. Thus, capping proteins acts as a molecular timer that controls the number of processive cycles.