La machinerie ESCRT (Endosomal Sorting Complexes Required for Transport) est impliquée dans plusieurs processus cellulaires fondamentaux faisant intervenir le remodelage de structures membranaires comme la séparation des cellules filles lors de la division cellulaire ou le tri des protéines cargo vers le lysosome. Cette machinerie est détournée par de nombreux virus enveloppés comme le VIH pour assurer le bourgeonnement des virions.Le complexe ESCRT-III (constitué des protéines CHMP) est responsable de l'activité de fission membranaire de la machinerie en formant des structures polymériques qui exercent des contraintes mécaniques au niveau des membranes biologiques. Pour comprendre comment ces polymères peuvent être formés, la structure des hétéropolymères CHMP2A/CHMP3 a été obtenue par cryo-microscopie électronique à 22,4 Å de résolution. Des détails sur le mécanisme d'interaction entre les protéines CHMP2A, CHMP3 et CHMP4B ont également pu être obtenus, notamment par le biais de la technique SPR. Enfin, dans le but de visualiser les polymères ESCRT-III in cellulo, plusieurs méthodes ont été employées pour obtenir un anticorps spécifique des polymères. La technique du Phage Display a été utilisée et en parallèle un anticorps anti-CHMP4B a pu être développé.L'ensemble des résultats obtenus ici sont en accord avec les données disponibles dans la littérature et ont permis d'établir un modèle de polymérisation du complexe ESCRT-III. / The ESCRT machinery (Endosomal Sorting Complexes Required for Transport) is involved in several fundamental cellular processes requiring a membrane remodeling activity such as separation of daughter cells during cytokinesis or cargo protein sorting to the lysosome. This machinery is also hijacked by many enveloped viruses such as HIV to terminate budding.The ESCRT-III complex (composed of CHMP proteins) catalyzes the membrane severing reaction by forming polymers at the membrane neck. In order to understand how those polymers are formed, the cryo-electron microscopy structure of CHMP2A/CHMP3 heteropolymers has been solved at a resolution of 22.4 Å. Details regarding the interaction mechanism between CHMP2A, CHMP3 and CHMP4B have also been obtained, notably by means of the SPR technique.Finally, to visualize ESCRT-III polymers in cells, several methods including Phage Display have been employed to get a polymer-specific antibody. This work enabled to obtain an anti-CHMP4B antibody.Overall, the results presented in this manuscript are in good agreement with the existing literature and allow to generate a polymerization model of the ESCRT-III complex.

Les récepteurs marqués pour la voie de dégradation lysosomale sont retienu à la membrane endosomale par addition d'ubiquitine. L'invagination de la membrane endosomale incorpore ces récepteurs dans les vésicules intralumenal (ILVs) et mène à leur dégradation au lysosome. AMSH (Associated Molecule of the SH3 domain of STAM) contient un domaine métalloprotéase JAMM au niveau de sa partie C-terminale. Celui-ci a montré, in vitro, la capacité d'hydrolyser les chaînes d'ubiquitine de liaison K-63, laissant supposer une fonction d'élimination des ubiquitines par AMSH avant l'incorporation des récepteurs dans les ILVs. AMSH interagit aussi avec les protéines CHMP (Charged Multivesicular body Protein) d'ESCRT-III (Endosomal Sorting Complex Required for Transport-III) via un N-terminal AMSH MIT domaine. De plus, la liaison d'AMSH avec un domaine C-terminal autoinhibitoire des protéines CHMP a impliqué AMSH dans l'activation de la polymérisation des protéines CHMP, occasionnant un remodelage membranaire suivi de la formation des vésicules. Ce travail montre que AMSH se lie à deux formes de CHMP3; la forme ouverte et active, et la forme fermée et autoinhibée. L'interaction du domaine N-terminal d'AMSH avec ces deux formes de CHMP3 fut évaluée à l'échelle nanomolaire par isothermal titration calorimetry. La structure cristallographique du complexe AMSH domaine N-terminal CHMP3 fut résolue à 1.7Å. Celle-ci présente un mode de liaison CHMP différent des structures déjà déterminées et dévie de l'architecture classique du domaine MIT. On montre que les domaines N-terminal et JAMM d'AMSH interagissent entre eux, et que cette interaction stimule l'activité déubiquitinase du domaine JAMM.

Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude de la protéine CHMP2B. Cette protéine fait partie du complexe ESCRT-III, impliqué dans divers processus de fissions membranaires à topologies inversées (genèse ces corps multivésiculés, cytokinèse, bourgeonnement des virus enveloppés, autophagie). Des mutations dans le gène codant pour CHMP2B ont été très fortement corrélées à la survenue de maladies neuro-dégénératives (démences fronto-temporales et amyotrophie latérale spineuse). Ce travail a consisté à préciser les mécanismes moléculaires d'action de cette protéine afin de mieux cerner les causes potentielles des ces dysfonctionnements. Il se divise en trois sous parties: - L'étude du l'import potentiel de CHMP2B dans les mitochondries, et de son rôle dans la dynamique mitochondriale. - Le rôle de CHMP2B et l'impact de mutants pathogènes dans la morphogénèse des épines dendritiques. - L'étude de la formation de d'hyper-complexes tubulaires de CHMP2B déformants la membrane plasmique. Nous avons ainsi pu montrer les propriétés suivantes: L'extinction de CHMP2B semble inhiber la fission des mitochondries par un mécanisme qui reste à préciser. L'expression des mutants de CHMP2 liés aux démences fronto-temporales perturbe la morphogénèse des épines dendritiques. Cette altération pourrait participer à l'émergence progressive des symptômes de la FTD. La littérature suggère que les fonctions que CHMP2B concernent des organelles cytoplasmiques (endosomes tardifs, autophagosomes,centrosome). Nous avons montrés que cette protéine est principalement recrutée à la membrane plasmique, où elle se polymérise en une structure tubulaire rigide capable de déformer cette bicouche lipidique.