Dynamique des lipides au cours du cycle d’exo-endocytose dans les cellules neuroendocrines : rôle des protéines Rac1 et Scramblase

Lipids dynamic in exo-endocytosis process in neuroendocrine cells : role of proteins Rac1 and Scamblase

• Auteur / Autrice : Fanny Momboisse
• Direction : Stéphane Gasman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines membranaires

Lipides des membranes

Endocytose

Exocytose

Résumé

L’exocytose régulée est un processus cellulaire essentiel qui permet aux cellules d’assurer leurs fonctions spécifiques en sécrétant une multitude de signaux chimiques tels que les neurotransmetteurs, les hormones, les cytokines ou encore les facteurs de croissance. Dans les cellules neuroendocrines, l’exocytose régulée par le calcium se décompose en plusieurs étapes : le recrutement des granules de sécrétion contenant les hormones vers la périphérie cellulaire, leur arrimage au site d’exocytose de la membrane plasmique et la fusion entre les membranes plasmique et granulaire aboutissant à la libération de leur contenu dans le milieu extracellulaire. Afin de maintenir une surface cellulaire constante, l’exocytose est suivie d’une endocytose dite compensatrice. Ce processus essentiel assure le réapprovisionnement de la population granulaire et permet ainsi une libération hormonale pérenne au cours du temps. De nombreuses études mettent en évidence l’implication de différentes protéines au cours du trafic des granules de sécrétion telles que les protéines SNARE, diverses GTPases ainsi que le cytosquelette d’actine et ses régulateurs. De plus, des données récentes soulignent également l’importance du rôle des lipides. En étudiant la fonction de la GTPase Rac1 et de la Scramblase, j’ai pu mettre en évidence, au cours de mon doctorat, deux voies de régulation de l’acide phosphatidique (PA) et de la phosphatidylsérine (PS) lors de la libération hormonale dans les cellules neuroendocrines. Dans un premier temps, mes résultats montrent l’existence d’une cascade moléculaire impliquant Scribble, βPix et Rac1 aboutissant à la synthèse de PA au niveau des sites d’exocytose via l’activation de la phospholipase D. Ce phospholipide, en forme de cône, jouerait un rôle dans les étapes tardives en favorisant des courbures de membranes nécessaires à la fusion entre les membranes granulaire et plasmique. Ces données mettent en lumière, pour la première fois, un lien direct entre Rac1 et la fusion membranaire. L’organisation lipidique de la membrane plasmique est naturellement asymétrique et certains phospholipides comme la PS sont concentrés sur le feuillet interne de la membrane plasmique. Or cette asymétrie membranaire est rompue au cours de l’exocytose et la PS est exposée sur la face externe de la membrane plasmique. Au cours de la seconde partie de ma thèse, je me suis intéressée à la régulation et au rôle de ce transport de PS. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence que la protéine scramblase est à l’origine de ce mécanisme. De façon intéressante, j’ai pu montrer que l’externalisation de PS n’est pas indispensable à l’exocytose des granules per se mais à l’endocytose compensatrice qui lui fait suite.

Exocytosis is a ubiquitous and fundamental process governing many cellular and physiological reactions including hormone and neurotransmitter release, cell migration, membrane repair and proliferation. In neuroendocrine cells, the release of hormones and neuropeptides occurs through a calcium-regulated exocytotic process of large dense-core secretory granules. This process is divided in different steps including recruitment of the granule to the cell periphery, docking at the exocytotic sites and fusion with the plasma membrane. To allow secretory vesicle recycling and maintain a constant cell surface area, exocytosis must be followed by compensatory membrane uptake. Many proteins have been implicated in granule trafficking such as SNARE proteins, GTPases or the actin cytoskeleton and recently, lipids have emerged as an important actor in this process. During my PhD, I have studied the role of two proteins, the Rho GTPase Rac1 and the Scramblase during secretory granule trafficking and shown their involvement into the regulation of two phospholipids dynamics: phosphatidic acid (PA) and phosphatidylserine (PS). First, I have shown that secretagogue-evoked activation of phospholipase D1 (PLD1) at the plasma membrane is regulated by a molecular pathway including Scrib, βPix and Rac1. Activation of PLD1 leads to the production of PA which could participate in the fusion process between granule and plasma membrane. Altogether, our findings define a novel molecular pathway, linking for the first time Rac1 to the final stages of Ca2+-regulated exocytosis in secretory neuroendocrine cells. Plasma membrane displays a specific asymmetric lipid distribution. For example, PS resides in the inner cytoplasmic leaflet. Interestingly, disruption of the asymmetry has been observed during the secretory process and PS is transiently translocated to the cell surface. During the second part of my thesis, I focused my attention on the regulation and the role of the secretagogue-evoked PS translocation. Our results demonstrate that the outward transport of PS at the exocytotic site is mediated by the calcium-dependent lipid translocase Scramblase and that this process is essential for compensatory endocytosis.