L'expression de variants d'actine définit l'identité du filament : les interactions différentielles avec les protéines de liaison à l'actine entrainent la formation des réseaux spécifiques

Actin variant expression defines filament identity : differential actin-binding protein interactions drive specific network formation

• Auteur / Autrice : Micaela Boiero Sanders
• Direction : Alphée Michelot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 23/03/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Chauvet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Martin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Antoine Jégou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Cytosquelette d'actine

Cellules eucaryotes

Bionique

Mots clés libres

Protéine liant l'actine

Cytosquelette d'actine

Isoformes d'actine

Biomimétisme

Saccharomyces cerevisiae

Actin-Binding proteins

Actin cytoskeleton

Actin isoforms

Biomimetism

Saccharomyces cerevisiae

Résumé

Le cytosquelette d'actine est un acteur majeur dans de nombreux processus cellulaires. Chez les cellules eucaryotes, si certaines espèces assemblent un cytosquelette d'actine complexe à partir d'une seule orthologue, d'autres espèces utilisent une grande diversité d'isoformes d'actine. Cependant, les conséquences physiologiques de l'utilisation de différentes isoformes et les mécanismes moléculaires par lesquels celles-ci sont séparées en réseaux distincts, sont mal connus. Au cours de ma thèse, j’ai cherché à comprendre comment un système biologique composé d'une actine unique et d'un ensemble limité de protéines de liaison pour celle-ci, réagit au passage à une expression hétérologue de l'actine. En utilisant la levure et des essais biomimétiques, je montre qu'une telle perturbation entraîne une réorganisation drastique du cytosquelette d'actine. De petites variations dans la séquence d'acides aminés de l'actine sont suffisantes pour induire une réorganisation globale de son cytosquelette. En raison d'interactions défectueuses avec ces protéines de liaison, certaines orthologues de l'actine s’assemblent préférentiellement en réseaux branchés, tandis que d'autres s’assemblent en réseaux linéaires. L'expression de deux variantes d'actine, chacune spécialisée dans l'assemblage d'un réseau différent, sauve l'organisation du cytosquelette et lui confère une résistance aux perturbations externes. Ces résultats soulignent le fait que malgré une conservation élevée des protéines d’actine d'une espèce à l'autre, elles conservent suffisamment de différences pour que les cellules exprimant de multiples isoformes puissent les exploiter pour les séparer en divers réseaux.

The actin cytoskeleton is a major player in many essential cellular processes. A paradox of eukaryotic cells is that while some species assemble a complex actin cytoskeleton from a single ortholog, other species utilize a greater diversity of actin isoforms. However, the physiological consequences of using different actin isoforms and the molecular mechanisms by which highly conserved actin isoforms are segregated into distinct networks, are poorly known.During my thesis, I sought to understand how a simple biological system, composed of a unique actin and a limited set of actin-binding proteins, reacts to a switch to heterologous actin expression. Using yeast as a model system and biomimetic assays, I show that such perturbation causes drastic reorganization of the actin cytoskeleton. Small variations in the actin amino acid sequence are sufficient to induce a global reorganization of the actin cytoskeleton. Due to defective interactions with actin-binding proteins, some actin orthologs assembled preferentially into branched networks, while others assembled preferentially into linear networks. Expression of two heterologous actin variants, each specialized in assembling a different network, rescues cytoskeletal organization and confers resistance to external perturbation.These findings highlight the fact that despite a remarkably high conservation of actin proteins across species, they retain enough differences that cells expressing multiple isoforms could exploit to segregate them into diverse actin networks.