Willin is a novel member of the Four-point-one Ezrin Radixin Moesin (FERM) protein superfamily, containing an N-terminal FERM domain most like the Ezrin-Radixin-Moesin (ERM) family but also the closely related protein Merlin. Willin was initially discovered as a yeast two-hybrid binding partner of neurofascin155, and this interaction has now been confirmed by both co-localisation studies and the use of two different biochemical methods. Like neurofascin155, Willin also localises to detergent resistant membranes, and like the ERM family, it is able to bind to phospholipids. The expression of Willin appears to be toxic as the production of cell-lines stably expressing Willin proved to be not possible and this appears to be because it induces apoptosis in cultured cells. This is a proliferation control function consistent with the suggestion that Willin is the human homologue of the Drosophila tumour suppressor ‘Expanded’. Three antibodies to Willin were also characterised and a novel splice variant, Willin2, subcloned into a GFP-tagged plasmid for comparison with the original form.

Le précurseur de la protéine amyloïde (APP) est une protéine transmembranaire qui, après coupure séquentielle par les sécrétases β et γ, produit des peptides Aβ trouvés dans les plaques séniles de patientsatteints d’Alzheimer. Par contre, la forme soluble de l’APP (sAPPα), produite après coupure par une sécrétase α, augmente la survie cellulaire, la croissance des neurites et la synaptogénèse. L’APP est coupéeau site α par 3 métalloprotéases : ADAM9, ADAM10 et ADAM17.Notre laboratoire a montré que la stimulation du récepteur purinergique P2X7 (P2X7R) provoque la coupure protéolytique du précurseur de la protéine amyloïde (APP). Le Dr Delarasse a établi que la voie non amyloïdogénique est mise en jeu et que c'est le fragment sAPPα, neuroprotecteur, qui est produit. Deplus, le laboratoire a précédemment démontré que ce ne sont pas les alpha-sécrétases ADAM9, 10 et 17 qui sont responsables du clivage protéolytique de l'APP après stimulation du P2X7R dans les cellules de neuroblastome Neuro2a.Durant mes travaux de thèse, nous avons étudié la voie biochimique menant à la libération du fragments APPα. L’activation du P2X7R stimule la phosphorylation et la translocation rapide à la membrane plasmique de protéines, appelées ezrine, radixine et moesine (ERM) qui ont la capacité d’établir un lien entre la région cytosolique du P2X7R et la F-actine. Les ERM jouent un rôle crucial dans la coupure protéolytique de l’APP par les métalloprotéases ADAM. En effet, l’inhibition de l’expression des ERM par RNA interférence aboutit à une absence de coupure de l’APP. Par ailleurs, nous avons observé que les MAPKERK1/2 et JNK et la ROCKinase sont nécessaires à la phosphorylation activatrice des ERM et jouent donc un rôle en amont des ERM. Enfin, nous avons mis en évidence le rôle de la PI3K en aval des ERM.Par ailleurs, nous avons démontré que l’activation du récepteur purinergique P2X7 entraînait la coupure protéolytique de la molécule NrCAM par ADAM17 aboutissant à la libération du fragment soluble del’ectodomaine de NrCAM. Les résultats obtenus indiquent que la coupure de NrCAM est dépendante de l’activation et de la fixation des ERM à NrCAM. Ces résultats suggèrent fortement que les ERM sont indispensables à la coupure protéolytique de différents substrats après stimulation du P2X7R.Les données obtenues mettent en évidence un mécanisme moléculaire original et important qui fait jouer aux ERM un rôle central de « liens moléculaires » dans le clivage protéolytique des protéines transmembranaires. A ce stade de notre étude, nous émettons l’hypothèse que les ERM agissent en aval du récepteur P2X7, en liant les substrats et/ou les protéases qu’ils regroupent à la membrane plasmique favorisant ainsi le clivage des substrats. / The amyloid protein precursor (APP) can be cleaved in neural cells by α-secretases to produce the soluble APP ectodomain (sAPPα), which is neuroprotective. We have shown previously that activation of the purinergic receptor P2X7 (P2X7R), a member of the P2X receptor family of ATP-gated cation channels, triggers sAPPα shedding from neural cells. Here, we demonstrate that theactivation of Ezrin/Radixin/Moesin proteins (ERM) is required for the P2X7R-dependent proteolyticprocessing of APP leading to sAPPα release. Indeed, the down regulation of ERM by siRNA blocksthe P2X7R-dependent shedding of sAPPα. We also show that P2X7R stimulation triggers thephosphorylation of ERM. Thus, ezrin translocates to the plasma membrane to interact with P2X7R.Using specific pharmacological inhibitors, we have established the order in which several enzymestrigger the P2X7R-dependent release of sAPPα. Thus, a Rho-kinase and the MAPK modules ERK1/2and JNK act upstream of ERM while a PI3Kinase activity is triggered downstream. This work for the first time identifies ERM as major partners in the regulated non-amyloidogenic processing of APP. Inaddition, we have recently established that the stimulation of P2X7R leads to the proteolytic cleavage of NrCAM by ADAM17 and the shedding of the soluble extracellular domain of NrCAM. Our results clearly show that the proteolytic cleavage of NrCAM is dependant of ERM activation and fixation tothe intracellular region of NrCAM. Thus, our results strongly suggest that ERM are required for the proteolytic cleavage of numerous substrates after P2X7R stimulation. Our findings suggest that ERM play a central role in the proteolytic cleavage of transmembrane proteins and act as molecular linkswhich aggregate ADAMs and substrates at the plasma membrane promoting the cleavage of substrates.

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Les protéines ERMs (Ezrine, radixine et moésine) jouent un rôle central in cellulo, dans de nombreux processus cellulaires tels que les infections, la migration et la division cellulaire. Parmi celles-ci, la moésine est plus particulièrement impliquée dans la formation de la synapse immunologique, l’infection virale et bactérienne, et les métastases cancéreuses. D’un point de vue structural, les ERM peuvent être en conformation inactive (replies sur elles-mêmes) ou actives (ouvertes), ce qui permet leur interaction a la fois avec les constituants du cytosquelette (actine et tubuline) via leur domaine C-terminal et la membrane plasmique via leur domaine FERM. La liaison a la membrane plasmique se fait principalement et spécifiquement via un lipide de la famille des phosphoinositides, le phosphatidyl 4,5 bisphosphate (PIP2). De plus, les protéines peuvent être phosphorylées, ce qui contribue à leur ouverture structurale. Cependant, le rôle de la phosphorylation sur les interactions ERM/membrane et ERM/cytosquelette, bien que beaucoup étudié in cellulo, est peu compris au niveau moléculaire.Le but de cette thèse est précisément d’étudier, au niveau moléculaire et à l’aide de systèmes biomimétiques, les interactions entre des protéines recombinantes et des membranes biomimétiques contenant du PIP2. Pour cela, nous avons mis au point des membranes lipidiques sous forme de vésicules unilamellaires (petites ou larges) et de bicouches lipidiques supportées, qui permettent de caractériser les interactions entre protéines et membranes par des techniques biophysiques complémentaires, notamment la cosédimentation quantitative, la microscopie et spectroscopie de fluorescence, et la microbalance à cristal de quartz. Dans une première partie, nous avons étudié le rôle de la double phosphorylation de la moésine (réalisée par mutation sur site spécifique) sur les interactions moésine/membrane biomimétique, en comparaison de la protéine sauvage, les protéines recombinantes et les mutants ayant été produites et purifiées au laboratoire.Nos résultats mettent en évidence une interaction spécifique et coopérative pour le double mutant phosphomimétique alors que cette interaction est simple dans le cas de la protéine sauvage. Dans une seconde partie, nous avons employé les bicouches lipidiques supportées contenant le PIP2 pour étudier les mécanismes molécules d’adsorption de la protéine virale Gag et de ses mutants. Les méthodologies développées dans ce travail de thèse ouvrent des perspectives en biophysique moléculaires car elles sont facilement transposables à l’étude d’autres protéines sur des membranes lipidiques modèles contenant des phosphoinositides.Mots clés: Ezrine-Radixine-Moésine, phosphoinositides, PIP2, interactions protéine-lipide, membrane lipidique biomimétique, protéine virale Gag, cytosquelette. / ERM (ezrin, radixin, moesin) proteins play a central role in cellulo in a large number of physiological and pathological processes, including cell infection, migration and cell division. Among the ERMs, moesin is particularly involved in the formation of the immunological synapse, viral and bacterial infection, and cancer metastasis. From a structural point of view, ERMs can be in inactive (closed) conformation or active (open), which enable them to interact on one side with the cytoskeleton (actin and tubulin) via their C-terminal domain and on the other side with the plasma membrane via their FERM domain. Binding to the plasma membrane is mediated via a specific lipid of the phosphoinositide family, the phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate (PIP2). In addition, ERM can be phosphorylated, which contribute to their structural opening. To date, the role of the phosphorylation in ERM/membrane and ERM/cytoskeleton interactions, although widely studied in cellulo, remains poorly understood at the molecular level.The aim of this PhD thesis is precisely to study, at the molecular level and using biomimetic systems, interactions between recombinant proteins and biomimetic membranes containing PIP2. To this end, we have engineered lipid membranes in the form of large and small unilamellar vesicles and supported lipid bilayers. These biomimetic membranes are used to characterize interactions between proteins and membranes by complementary biophysical techniques, notably quantitative cosedimentation, fluorescence microscopy and spectroscopy, and quartz crystal microbalance with dissipation monitoring. In a first part, we studied the role of double phosphorylation on moesin, achieved via a site-specific mutation on threonine residues, on moesin/biomimetic membrane interactions, in comparison to the wild type protein. The recombinant proteins and mutants were produced in our laboratory.Our results show that there is a specific and cooperative interaction for the double phosphomimetic mutant while interactions is 1:1 in the case of the wild type protein. In a second part, we used supported lipid bilayers containing PIP2 to study the molecular adsorption mechanism of the viral protein Gag and of its mutants. The methodologies that were developed in this work open perspectives in molecular biophysics since they are easily adaptable to other proteins on model lipid membranes containing phosphoinositidesKeywords: Ezrin-Radixin-Moesin, phosphoinositides, PIP2, protein/lipid interactions, biomimetic lipid membrane, Gag viral protein, cytoskeleton.

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