Études structurale et fonctionnelle du mécanisme de régulation des flippases humaines ATP8B1 et ATP8B4 impliqués dans la cholestase intrahépatique et la maladie d'Alzheimer

CryoEM studies and functional characterization of the regulation mechanism of the disease-related human flippases ATP8B1 and ATP8B4

• Auteur / Autrice : Mathilde Roth
• Direction : Thibaud DieudonnÉ
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté de médecine

Mots clés

Mots clés libres

Alzheimer

Cholestase

CryoEM

Spectrométrie de masse

Flippase

Membrane

CryoEM

Mass spectrometry

Membrane

Flippase

Cholestasis

Alzheimer

Résumé

Les flippases (ou ATPases de type P4) sont des protéines membranaires eucaryotes capables de transporter des phospholipides du feuillet exoplasmique vers le feuillet cytosolique des membranes en utilisant l'énergie fournie par l'hydrolyse de l'ATP. Ce transfert lipidique est crucial pour le maintien de l'asymétrie lipidique des membranes, essentielle à des processus cellulaires tels que le trafic membranaire, la transduction des signaux et la résistance au stress mécanique et chimique. Le génome humain encode 14 ATPases de type P4, qui forment des hétérodimères avec une protéine chaperonne, CDC50A. Un dysfonctionnement de ces flippases est associé à des maladies génétiques, notamment la cholestase intrahépatique progressive familiale (mutations d'ATP8B1) et la maladie d'Alzheimer (mutations d'ATP8B4). Malgré leur importance, les mécanismes moléculaires précis régulant l'activation des flippases et leur rôle dans les maladies restent mal compris. Des travaux précédents menés par notre équipe ont permis de découvrir des éléments clés de la régulation d'ATP8B1, notamment son mécanisme d'auto-inhibition médié par les régions N- et C-terminales, ainsi que le rôle potentiel de modifications post-traductionnelles dans la levée de cette inhibition. L'analyse de la séquence d'ATP8B4 montre des similitudes avec ATP8B1, ce qui suggère des mécanismes de régulation analogues. Ce projet de thèse vise à identifier les modifications post-traductionnelles et les partenaires protéiques régulant l'activité des ATP8B1 et ATP8B4, ainsi qu'à caractériser structurellement et fonctionnellement ces interactions, afin de mieux comprendre leur rôle dans la santé et les maladies. Le/la doctorant(e) travaillera à l'interface de la biologie cellulaire, de la biochimie et de la biologie structurale, et sera impliqué dans : - L'identification les modifications post-traductionnelles et les partenaires protéiques impliqués dans l'activation des ATP8B1 et ATP8B4 à l'aide d'approches de protéomique et de phosphoprotéomique. - La caractérisation structurale les complexes ATP8B1/CDC50A et ATP8B4/CDC50A ainsi que leurs interactions avec des partenaires en utilisant la cryo-microscopie électronique (cryo-EM). - L'étude fonctionnelle des complexes ATP8B1/CDC50A et ATP8B4/CDC50A notament avec la caractérisation de leur activité de transport et de spécificité des substrats en lien avec leurs mécanismes d'activation.

Flippases (or P4-ATPases) are eukaryotic membrane proteins capable of transporting phospholipids from the exoplasmic leaflet to the cytosolic leaflet of membranes using energy from ATP hydrolysis. This lipid transfer is crucial for maintaining membrane lipid asymmetry, which is essential for cellular processes such as membrane trafficking, signal transduction, and resistance to mechanical and chemical stress. The human genome encodes 14 P4-ATPases, which form heterodimers with a chaperone protein, CDC50A. Dysfunction of these flippases is linked to genetic diseases, including progressive familial intrahepatic cholestasis (ATP8B1 mutations) and Alzheimer's disease (ATP8B4 mutations). Despite their importance, the precise molecular mechanisms regulating flippase activation and their roles in disease remain poorly understood. Previous work from the team has revealed key insights into ATP8B1 regulation, including its auto-inhibition mechanism mediated by the N- and C-terminal regions and the role of post-translational modifications in releasing this inhibition. ATP8B4 shares significant sequence similarities with ATP8B1, suggesting analogous regulatory mechanisms. This PhD project aims to identify the post-translational modifications and protein partners regulating ATP8B1 and ATP8B4 activity and to structurally and functionally characterize these interactions, providing insights into their roles in health and disease contexts. The PhD student will work at the interface of cell biology, biochemistry, and structural biology and will be involved in: - Identifying post-translational modifications and protein partners involved in ATP8B1 and ATP8B4 activation using proteomics and phosphoproteomics approaches. - Structurally characterizing the ATP8B1/CDC50A and ATP8B4/CDC50A complexes and their interactions with partners using cryo-electron microscopy (cryo-EM). - Functionally investigating the enzymatic activity and substrate specificity of these flippases in relation to their activation mechanisms.