La petite protéine G Arf6 et son facteur d'échange EFA6 sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires tels que le remodelage du cytosquelette d’actine, le transport vésiculaire et mise en place de la polarité épithéliale. Elles jouent également un rôle dans la voie d'endocytose dépendante de la clathrine. Ce travail de thèse nous a permis d’identifier différents mécanismes régulant l’interaction d’EFA6 avec ses différents partenaires. Nous avons pu mettre en évidence une interaction directe entre le domaine N-BAR de l’endophiline et le domaine Sec7 d’EFA6. Nous avons démontré que la courbure membranaire était un facteur régulant cette interaction. EFA6 est capable d’interagir et de recruter l’endophiline sur une membrane lipidique plane alors qu’en présence de vésicules courbées le complexe protéique ne se forme pas. Nous observons également que l’endophiline stimule l’activité d’échange nucléotidique d’EFA6 sur Arf6. Dans un second temps nous avons démontré, dans une étude menée par le Dr Cherfils, que l’activité catalytique d’EFA6 était régulée par une boucle de rétrocontrôle négatif exercée spécifiquement par la protéine Arf6-GTP. Celle-ci induit une diminution de l’activité d’échange d’EFA6 probablement grâce à sa capacité à interagir avec le domaine PH-C-terminal d’EFA6. Enfin, nous avons mis en évidence un repli intramoléculaire entre le domaine C-terminal et le domaine PH d’EFA6 qui semble contrôler l’interaction de cette extrémité C-terminale avec différents partenaires dont la β-arrestine et de façon surprenante la protéine Arf6 dans sa forme inactive. / The small G protein Arf6 and its exchange factor EFA6 control numerous cellular processes such as actin cytoskeleton remodeling, vesicular transport and apico-basal cell polarity. They are also involved in clathrin-dependent endocytosis. In this work we identify different mechanisms by which EFA6 interaction with its various partners is regulated. We have highlighted a direct interaction between the N-BAR domain of endophilin and the Sec7 domain of EFA6. We demonstrated that this interaction is regulated by the membrane curvature. EFA6 interacts and recruits endophilin on a flat lipid membrane whereas the protein complex does not occur in the presence of curved vesicules. We showed that endophilin stimulates the nucleotidic exchange activity of EFA6 on Arf6. Next we demonstrated that the catalytic activity of EFA6 is regulated by a negative feedback loop specifically mediated by the Arf6-GTP. We observed in the presence of Arf6-GTP a decrease of EFA6 catalytic activity and we showed that this effect was due to an interaction between Arf6-GTP and PH-C-terminal domain of EFA6. Finally we demonstrated an intramolecular folding between the C-terminal domain and the PH domain of EFA6 that controls the interaction of the C-terminus domain with various partners including β-arrestin and surprisingly the inactive GDP form of Arf6.

Le bon fonctionnement de notre organisme repose sur de nombreux réseaux de communication intercellulaires (neurotransmetteurs, hormones, facteurs de croissance, lymphokines, molécules d'adhésion, etc.) prolongés par les voies de signalisation intracellulaires. Les signaux moléculaires sont des ligands reconnus par des récepteurs exprimés à la surface des cellules cibles. La fixation du ligand à son récepteur déclenche des voies de signalisation intracellulaires qui commandent la réponse fonctionnelle. Mes travaux scientifiques m'ont conduit à étudier diverses voies de signalisation intracellulaires qui seront évoquées dans cette HDR avec une emphase particulière sur les études les plus récentes.<br />Les cellules de la réponse immune cellulaire, les lymphocytes T, reconnaissent leur antigène spécifique à l'aide d'un récepteur multi-protéique, le complexe TCR/CD3. Le contrôle de son expression de surface est essentiel car le nombre de récepteurs stimulés par l'antigène et la durée de cette interaction déterminent la réponse fonctionnelle. Au cours de ma thèse au Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, j'ai participé à l'étude des mécanismes qui contrôlent l'expression de surface du récepteur et son internalisation suite à l'interaction avec l'antigène. Ces travaux ont permis 1) de corroborer que l'expression de surface du complexe TCR/CD3 est dépendante de l'assemblage complet de toutes les sous-unités qui le composent, 2) et surtout d'aborder le lien entre voies de signalisation associées au complexe TCR/CD3 et son internalisation stimulées par la liaison d'un ligand spécifique.<br />Le récepteur aux poly-immunoglobulines (pIgR) exprimé à la surface des cellules épithéliales qui tapissent la cavité interne de nos organes transcytose les anticorps sécrétés dans le milieu basal vers le lumen. Ainsi, ce récepteur approvisionne-t-il continuellement les sécrétions mucosales en anticorps (pIgA et pIgM). La forte augmentation de la quantité d'anticorps produits en réponse à une infection nécessite un transport accru de ces anticorps vers les surfaces mucosales à protéger. Pendant mon stage post-doctoral à UCSF (University of California, San Francisco) j'ai contribué 1) à montrer que la liaison des pIgA au pIgR stimulait une voie de signalisation, 2) à décrire au niveau moléculaire le fonctionnement de cette voie de signalisation, 3) à montrer in vivo que cette voie de signalisation stimule fortement la transcytose des pIgAs.<br />Les épithéliums représentent une barrière à la pénétration d'agents pathogènes mais également une surface d'échange avec le milieu extérieur. Pour accomplir leurs fonctions les cellules épithéliales maintiennent un phénotype polarisé avec un coté orienté vers les tissus sous-jacents (pôle basal) et un autre tourné vers le milieu extérieur (pôle apical). Ces cellules doivent établir entre elles des contacts physiques pour maintenir la cohésion de l'ensemble du tissu qu'elles constituent. Les contacts cellulaires sont assurés par des molécules d'adhésion (E-cadhérine) qui se comportent comme des récepteurs couplés à des voies de signalisation transduisant notamment des signaux qui participent au maintien de la polarité épithéliale. Depuis mon arrivée à l'IPMC (Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire), j'ai mis au jour une nouvelle voie de signalisation associée aux molécules de E-cadhérine qui comprend un facteur d'échange (EFA6) et son substrat la petite protéine G Arf6. Cette voie de régulation contrôle notamment la mise en place de la structure moléculaire, appelée jonction étroite, qui régule les échanges paracellulaires de l'épithélium et contribue à la polarité épithéliale. EFA6, connecté à deux voies de signalisation qui agissent de façon coordonnée, participe à l'organisation du cytosquelette d'actine qui soutient la jonction étroite. Par ailleurs, nous avons trouvé que le niveau d'expression d'EFA6 est étroitement régulé pendant le développement de la polarité. Cette régulation post-traductionnelle est assurée par la machinerie de dégradation cytosolique appelée système ubiquitine-protéasome. Nous avons identifié certains acteurs de cette voie de régulation et commencé de montrer son importance pour le développement et le maintien de la polarité épithéliale. Les résultats les plus récents pointent vers un rôle de ces protéines dans les cancers épithéliaux qui se caractérisent toujours par une perte de la polarité cellulaire.

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