Remodeling of biological membranes by molecular machines activating the Arp2/3 complex

• Auteur / Autrice : Emmanuel Derivery
• Direction : Alexis Gautreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endosomes

Actine

Cytosquelette

Résumé

La polymérisation de filaments d'actine a souvent lieu à la surface de membranes, générant des forces capables de les remodeler. Le complexe Arp2/3 induit la formation de réseaux d'actine branchée lorsqu'il est activé par des protéines NPF (Nucleation promoting factor). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux protéines NPF WAVE et WASH. Les protéines WAVE sont requises lors de la formation des lamellipodes et font partie d'un complexe multiprotéique comportant 5 sous-unités. Nous avons développé une nouvelle méthode de purification du complexe WAVE grâce à laquelle nous avons montré que ce complexe est intrinsèquement inactif. Ceci permet de mieux comprendre comment l'activité WAVE est régulée au niveau moléculaire. Brk1 est la seule sous-unité du complexe WAVE à exister sous une forme libre, et nous avons montré que cette forme de Brk1 est un précurseur lors de l'assemblage du complexe WAVE. Ceci indique que l'assemblage du complexe WAVE est un processus finement contrôlé. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle cellulaire de WASH, jusqu’alors inconnu. Nous avons montré que WASH est spécifiquement localisé au niveau de domaines membranaires des endosomes de tri, et que la polymérisation d'actine induite par WASH est requise pour l'étape de scission lors de la formation d'intermédiaires de transport. De plus, nous avons montré que la dépolymérisation de l’actine induit la fusion des domaines WASH à la surface des endosomes, ce qui indique un rôle actif du cytosquelette d’actine dans la compartimentalisation de la membrane des endosomes. L’ensemble de ces résultats révèle ainsi l’importance du cytosquelette d’actine dans le tri endosomal.

The polarized assembly of actin filaments often occurs at the surface of membranes, developing forces that cause their deformation or movement. The Arp2/3 complex generates branched actin networks when activated by Nucleation Promoting Factors (NPF). This work focuses on two NPFs: WAVE and WASH. WAVE proteins are required for lamellipodia formation and are embedded into a 5-subunit multiprotein complex. An actual challenge is to understand how this complex regulates their activity. Using a novel purification method that we developed, we showed that the WAVE complex is intrinsically inactive, thus providing molecular basis to understand how WAVE activity is regulated during cell migration. The Brk1 subunit is the only subunit of the WAVE complex to also exist in a free pool in cells. We discovered that this free pool is a precursor in the assembly of the WAVE complex, highlighting the need of a specific assembly pathway for this complex. Then, we characterized the cellular role of the NPF WASH, which was previously elusive. We showed that WASH localizes to domains of endosome membranes and that actin polymerization by the WASH pathway is required for efficient fission of transport intermediates from endosomes. Furthermore, we showed that actin polymerization prevents the fusion of WASH domains at the surface of endosomes, suggesting an active role of the actin cytoskeleton in the compartmentalization of endosome membranes. All together, these results shed light on the elusive role of endosomal actin.