Rôles du Phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) dans la dynamique membranaire et du cytosquelette : implication dans le trafic vésiculaire?

Roles of Phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) in membrane and cytoskeleton dynamics : implication in vesicular trafficking

• Auteur / Autrice : Damien Ramel
• Direction : Hélène Tronchère, Frédérique Gaits-Iacovoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

GTPases

GTPases Rho

Cytosquelette

Hydrodynamique

Membranes (biologie)

Phospho-inositides

Mots clés libres

PtdIns5P

Phosphoinositides

Akt

Egfr

Rho GTPases

Endocytose

Survie

Migration

Résumé

Présents en quantité extrêmement faible dans les membranes, les phosphoinositides (PIs) jouent un rôle essentiel dans le contrôle spatio-temporel de grandes voies de signalisation telles que la prolifération et la survie, la réorganisation du cytosquelette d'actine, la migration ou le trafic vésiculaire. Le phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) est l'un des derniers membres de cette famille à avoir été caractérisé et ses fonctions, ainsi que son métabolisme, ne sont pas encore totalement décrits. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle de ce second messager lipidique dans le modèle d'infection par la bactérie pathogène Shigella flexneri. Lors de l'infection, la bactérie injecte le facteur de virulence, IpgD, qui possède une puissante activité inositol 4-phosphatase sur le PtdIns(4,5)P2, ce qui a pour effet d'augmenter localement le taux de PtdIns5P et d'activer la voie PI 3-kinase/Akt. Par des approches de siRNA et l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques, nous avons montré que le récepteur à l'EGF était un intermédiaire clé entre le PtdIns5P et Akt. De manière surprenante, l'activation de la voie PI 3-kinase/Akt est maintenue à des temps très longs. Nous montrons que ce phénomène résulte d'une part, de l'inhibition par l'EGFR de la phosphatase PP2A, dont un des rôles est l'inactivation d'Akt, et d'autre part, du blocage de la dégradation de l'EGFR dû à des perturbations du trafic vésiculaire induites par le PtdIns5P. Enfin, en utilisant la combinatoire d'imagerie cellulaire et de biochimie des protéines et des lipides nous montrons que le PtdIns5P régule la dynamique de l'actine par l'intermédiaire de la GTPase Rac1 et de son activateur Tiam1 qui serait activé par liaison de lipide sur son domaine PH C-terminal. Ensemble, ces travaux mettent en évidence le rôle important du PtdIns5P dans les phénomènes fondamentaux impliqués dans diverses pathologies humaines allant de l'infection bactérienne au cancer puisque nous montrons qu'il touche les mécanismes de survie, d'endocytose et de régulation de la polymérisation de l'actine.

Phosphoinositides (PIs) are quantitatively minor components of cell membranes, playing a critical role in the regulation of cellular functions such as proliferation, survival, cytoskeleton organization, migration and vesicular trafficking. PtdIns5P, the last characterized PI, is just now emerging as an important signaling molecule but its metabolism and cellular functions are still elusive. In this work, we examined the role of this lipid second messenger in Shigella flexneri infection of HeLa cells. During infection, the bacteria injects into the host cell, IpgD, which is a potent 4-phosphatase which hydrolyses PtdIns(4,5)P2, to produce large amounts of PtdIns5P at the entry foci sites. This conversion drives the activation of the PI 3-kinase/Akt pathway to allow survival of the host cell during bacterial replication time. By using siRNA and pharmacological inhibitors, we have shown that the EGF receptor (EGFR) is the key intermediate between PtdIns5P and Akt, which remained activated at very long times. This phenomenon can be explained on one hand by the inhibition of PP2A (negative regulator of Akt) by the EGFR, and on the other hand by the blockade of EGFR degradation by PtdIns5P which has a mojor role in disturbing vesicular trafficking. Finally, the combination of cellular imaging, lipids and protein biochemistry allowed us to demonstrate that PtdIns5P induced F-actin remodelling via the GTPase Rac1 ant its activator Tiam1, which can bind PtdIns5P through its C-terminus PH domain. Altogether, our data show an important role of PtdIns5P in fundamental processes such as survival, vesicular trafficking and the actin cytoskeleton involved in many human diseases besides infections and cancer. Our findings should help to understand the general roles of PtdIns5P and are likely to find applications in many fields of biology.