Rôles d’Arpin dans la migration cellulaire et la réparation de l’ADN

Roles of Arpin in cell migration and DNA repair

• Auteur / Autrice : Gleb Simanov
• Direction : Alexis Gautreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 27/09/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biochimie (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Echard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Gautreau, Julie Gavard, Philippe Chavrier, Christine Tran Quang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julie Gavard, Philippe Chavrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN -- Réparation

Cytologie

Mots clés libres

Arpin

Arp2/3

Tankyrases

Persistance de la migration

Réparation d’ADN

Recombinaison homologue

Arpin

Arp2/3

Tankyrases

Cell migration persistence

DNA repair

Homology-Directed recombination

Résumé

Au front de migration, la protrusion de la membrane appelée lamellipode est générée par la polymérisation de l'actine branchée par Arp2/3. Ce processus est orchestré par la petite GTPase Rac1 capable d'activer le complexe WAVE et d'exposer son domaine WCA nécessaire pour l'activation d'Arp2/3. Différentes boucles de rétroaction positive soutiennent l'activité de Rac1 et stabilisent le lamellipode. Rac1 active aussi l’inhibiteur d'Arp2/3, Arpin, créant une boucle de rétroaction négative. Comme WAVE, Arpin possède un motif A à son extrémité C-terminale, pour lequel il existe deux sites d’interaction à la surface d’Arp2/3. Au lieu d’empêcher la formation de lamellipode, Arpin régule sa durée de vie et, ainsi, contrôle la persistance de la migration cellulaire. Récemment, une nouvelle fonction d'Arp2/3 dans la recombinaison homologue (HDR) a été rapportée.Dans ma thèse, je me suis attaché à mieux comprendre les rôles et les régulations d'Arpin dans la cellule. Nous avons identifié de nouveaux partenaires d'interaction d'Arpin, les Tankyrases 1 et 2. En interrompant spécifiquement l’interaction des Tankyrases ou d’Arp2/3 avec Arpin, j’ai montré que ces deux interactions sont nécessaires pour l’activité d'Arpin dans la régulation de la migration cellulaire. En collaboration, nous avons étudié les mécanismes d'interaction d'Arpin avec le complexe Arp2/3 et montré qu’Arpin se lie à un seul site sur Arp2/3, au niveau de la sous-unité Arp3. Outre le motif A, l’interaction nécessite un motif C non identifié auparavant, similaire au domaine C des activateurs d’Arp2/3. Deuxièmement, j'ai montré que la déplétion d'Arpin stimulait l'efficacité de la HDR mais favorisait l'accumulation des sites de réparation d’ADN dans le noyau. Arpin, ainsi, pourrait jouer un rôle régulateur dans la réparation de l’ADN.

At the leading edge, membrane protrusions called lamellipodia are driven by Arp2/3-mediated actin polymerization. This process is orchestrated by the small GTPase Rac1 that activates the WAVE complex by exposing its WCA domain. Different positive feedback loops sustain Rac1 activity and stabilize lamellipodia. Strikingly, Rac1 also activates an Arp2/3 inhibitory protein, Arpin, thus creating a negative feedback loop. Like WAVE, Arpin possesses an A motif at its C-terminus, for which two binding sites at the surface of Arp2/3 are predicted. Arpin does not prevent lamellipodia from forming but rather regulates their lifetime and, thus, control the persistence of cell migration. Recently, a new Arp2/3 function during DNA repair has been reported, specifically in homology directed recombination (HDR).During my PhD I sought to better understand the roles and regulations of Arpin in the cell. We identified new Arpin interaction partners, Tankyrases 1 and 2. By specifically impairing Tankyrase or Arp2/3 binding to Arpin we demonstrated that both the interactions are required for full Arpin activity in the regulation of cell migration. In collaboration, we studied the mechanisms of Arpin interaction with the Arp2/3 complex and showed that Arpin binds to a single site at the surface of Arp2/3, interacting specifically with the Arp3 subunit. This interaction requires a previously unidentified C helix motif at the C-terminus of Arpin, similar to the C domain of Arp2/3 activators. In addition, I demonstrated that Arpin depletion increases HDR efficiency but also promotes accumulation of DSB foci in the cell nuclei. Arpin, thus, could play a regulatory role in DNA repair.