Rôle du complexe cadhérine-caténine et des tétraspanines dans la formation et la fonctionnalité des Tunneling nanotubes

Role of the cadherin-catenin complex and of tetraspanins in the formation and functionality of Tunneling Nanotubes

• Auteur / Autrice : Roberto Notario Manzano
• Direction : Christel Brou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 23/11/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Trafic membranaire et pathogenèse
• Jury : Président / Présidente : Xavier Houard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clotilde Théry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Luce Vignais, Corinne Albiges-Rizo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tétraspanines

Cadhérines

Nanotubes

Jonctions communicantes

Cellules -- Interaction

Mots clés libres

Tunneling nanotubes

Complexe cadhérine-Caténine

Tétraspanines

Biologie cellulaire

Tunneling nanotubes

Cadherin-Catenin complex

Tetraspanins

Cell biology

Résumé

La communication intercellulaire est un événement fondamental dans le maintien du bon développement et de la survie de tout organisme. Les mécanismes de communication entre les cellules peuvent être variés, permettant l’échange d'informations et de matériel soit par la sécrétion de substances ou de ligands à distance par communication paracrine, autocrine ou endocrine, soit par contact direct entre cellules grâce aux synapses ou aux gap-jonctions. Parmi les mécanismes de communications intercellulaires par contact direct s'intègre une nouvelle structure découverte en 2004, les Tunneling Nanotubes ou TNT. Les TNT sont des structures cellulaires membraneuses à base de filaments d'actine qui relient deux cellules en formant un canal ouvert ou tunnel, permettant ainsi l'échange direct d’éléments cellulaires entre les deux cellules connectées. Ces structures sont impliquées dans le développement et la propagation de différentes maladies, telles que différents types de cancers ou de maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson. Afin de mieux comprendre ces structures, mon projet de thèse s'appuie sur l'étude des processus majeurs de formation des TNT tels que l'activité protrusive de la membrane, l'adhésion de ces structures avec la cellule opposée et la possible fusion ultérieure des TNT pour former ces tunnels ouverts. En particulier, mes recherches portent sur l'étude du rôle de différentes protéines telles que le complexe cadhérine-caténine ou les tétraspanines et leur rôle éventuel dans ces processus de formation des TNT. En ce qui concerne le complexe cadhérine-caténine dans la régulation des TNT, j'ai montré que la N-cadhérine contrôle l'architecture des TNTs au niveau ultrastructural (c’est à dire sur les TNTs individuels ou iTNTs) en augmentant l'ordre parallèle et droit des TNT d'une cellule à l'autre. De plus, la N-cadhérine est capable de réguler le processus d'adhésion des TNT avec la cellule opposée, contrôlant ainsi la stabilité de ces structures et favorisant leur durabilité accrue, et par là-même facilitant vraisemblablement le transfert des cargos par les TNT. De plus, j'ai pu montrer comment la N-cadhérine n'agit pas seule dans la régulation des TNTs, mais collabore avec l'alpha-caténine, une de ses protéines associées, faisant agir l'alpha-caténine en aval et dans la même voie que la N-cadhérine. D'autre part, j'ai également étudié le rôle des tétraspanines CD9 et CD81, deux molécules bien connues pour leurs fonctions dans différents processus de protrusion membranaire et de fusion membranaire, dans la formation et la fonctionnalité des TNT. Ici, j'ai pu montrer comment ces deux tétraspanines ont des fonctions complémentaires dans les TNT puisque CD9 semble être impliqué dans l'initiation du processus de formation du TNT, c'est-à-dire l'évagination de la protrusion membranaire ainsi que son extension vers la cellule opposée, tandis que CD81 semble être impliqué dans le processus de fusion membranaire des TNT avec la cellule opposée. Mon projet a donc contribué à la connaissance fondamentale de structures dont la compréhension est une étape nécessaire pour comprendre le développement et la progression de plusieurs pathologies.

Intercellular communication is a fundamental event in the maintenance of proper development and survival of any organism. The mechanisms of communication between cells can be varied, including exchange of information and material either through the secretion of substances or ligands at a distance such as paracrine, autocrine or endocrine communication, or through cell-to-cell contact communication such as through synapses or gap junctions. Within this last group of mechanisms of cell-to-cell communication through direct contact is included a novel structure discovered in 2004, the Tunneling Nanotubes or TNTs. TNTs are membranous cellular structures with a basic composition of actin filaments that extend from one cell to another forming an open channel or tunnel thus allowing the exchange of cellular material between these two connected cells. These structures are involved in the development and propagation of different diseases, such as different types of cancers or neurodegenerative diseases like Alzheimer's disease or Parkinson's disease. In order to better understand these structures, my thesis project is based on the study of the major processes of TNT formation such as the protrusive activity of the membrane, the adhesion of these structures with the opposing cell and the subsequent possible fusion of the TNTs to form these open tunnels. Specifically, my research is focused on studying the role of different proteins such as the cadherin-catenin complex or the tetraspanins and their possible role in these processes of TNTs formation. Regarding the cadherin-catenin complex in the regulation of TNTs, I have shown how N-cadherin controls the architecture of TNTs at the ultrastructural level (based on individual TNTs or iTNTs) by increasing the parallel and straight ordering of TNTs from one cell to the other. Furthermore, N-cadherin is able to regulate the adhesion process of TNTs with the opposing cell, thus controlling the stability of these structures and promoting their increased durability presumably then facilitating the transfer of cargo by TNTs. Furthermore, I have been able to show how N-cadherin does not act alone in the regulation of TNTs, but collaborates with alpha-catenin, one of its associated proteins, acting alpha-catenin downstream and in the same pathway as N-cadherin. On the other hand, I have also studied the role of tetraspanins CD9 and CD81, two molecules well known for their functions in different membrane protrusion and membrane fusion processes, in the formation and functionality of TNTs. Here I have been able to show how these two tetraspanins act in the formation of TNTs and have complementary functions: CD9 being involved in the initiation of the TNT formation process, i.e. the evagination of the membrane protrusion as well as its extension towards the opposing cell, while CD81 seems to be involved in the membrane fusion process of TNTs with the opposing cell. Therefore, my project has contributed to the basic knowledge of structures whose understanding is a necessary step to understand the development and progression of several pathologies.