L'établissement de la polarité apico-basale dans les tissus épithéliaux est étroitement lié à la division cellulaire, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents n'ont pas encore été établis. A l'aide d'un modèle de culture en 3 dimensions de cellules rénales (MDCK), j'ai montré que lors du développement d'un cyst, la GTPase Rab35 joue un rôle majeur dans l'établissement de la polarité et le positionnement du lumen pendant la première division cellulaire. Au niveau moléculaire, Rab35 permet de coupler l'initiation de la polarité apico-basale avec la cytocinèse via l'attachement au sillon de clivage de vésicules intracellulaires contenant des déterminants clé de l'établissement de la polarité. Ces vésicules transportent notamment les protéines aPKC, Cdc42, Crumbs3 ainsi que le facteur d'ouverture de la lumière Podocalyxin. De plus, l'attachement de ces vésicules au sillon de clivage dépend de l'interaction directe entre Rab35 et la queue cytoplasmique de Podocalyxin. Par conséquence, l'inactivation de Rab35 entraine une inversion complète de la polarité apico-basale des kystes 3D. J'ai mis en évidence un nouveau mécanisme de ciblage des vésicules intracellulaire au site de clivage dépendant de la protéine Rab35 impliqué à la fois dans l'initiation de la polarité apico-basale et dans l'ouverture de la lumière au centre du cyst. / Establishment and maintenance of apico-basal polarity in epithelial organs must be tightly coupled with cell division, but the underlying molecular mechanisms are largely unknown. Using 3D cultures of renal MDCK cells (cysts), I found that the Rab35 GTPase plays a crucial role in polarity initiation and apical lumen positioning during the first cell division of cyst development. At the molecular level, Rab35 physically couples cytokinesis with the initiation of apico-basal polarity by tethering intracellular vesicles containing key apical determinants at the cleavage site. These vesicles transport aPKC, Cdc42, Crumbs3 and the lumen promoting factor Podocalyxin, and are tethered through a direct interaction between Rab35 and the cytoplasmic tail of Podocalyxin. Consequently, Rab35 inactivation leads to complete inversion of apico-basal polarity in 3D cysts. This novel and unconventional mode of Rab-dependent vesicle targeting provides a simple mechanism for triggering both initiation of apico-basal polarity and lumen opening at the centre of cysts.

La polarité et l'efficacité de la transmission GABAergique dépendent de la concentration intra-neuronale en chlore. Dans les neurones matures, le co-transporteur K+/Cl- KCC2 maintient la concentration intracellulaire en chlore à un niveau bas, permettant ainsi une réponse inhibitrice du GABA. En plus de son rôle dans la transmission GABAergique, KCC2 régule aussi l'efficacité de la transmission glutamatergique en contrôlant la spinogenèse, l'exocytose et la dynamique membranaire des récepteurs AMPA. Du fait de son importance aux synapses excitatrices et inhibitrices, il est crucial de comprendre les mécanismes qui régulent l'expression membranaire et la fonction de KCC2. La régulation de KCC2 par l'activité glutamatergique excitatrice ayant été bien caractérisée, il reste à déterminer si l'expression et la fonction de KCC2 sont régulées par l'activité inhibitrice GABAergique. Pendant ma thèse, j'ai montré que KCC2 est en effet directement régulé par la transmission GABAergique. J'ai trouvé que l'activation aigue des RGABAA confine KCC2 dans la membrane alors que le blocage des RGABAA augmente la dynamique membranaire et l'internalisation du transporteur. Les mécanismes moléculaires impliquent le chlore comme messager secondaire, la kinase WNK1 et la phosphorylation de KCC2 sur des résidus thréonines clés. J'ai ensuite pu montrer que cette régulation à un impact aux synapses inhibitrice et excitatrice. Mon travail propose un mécanisme nouveau de la régulation de l'homéostasie du chlore par l'inhibition GABAergique. Ainsi les neurones peuvent compenser une augmentation ou une diminution en chlore neuronale par une adaptation rapide de KCC2 à la surface cellulaire. / The polarity and efficacy of GABAergic neurotransmission depends on the intraneuronal chloride concentration. In mature neurons chloride extrusion by the K+/Cl- co-transporter KCC2 permits an inhibitory influx upon activation of GABAA receptors. In addition to its role in GABAergic transmission, KCC2 regulates also glutamatergic transmission in an ion-independent manner by controlling spinogenesis and AMPAR exocytosis and membrane diffusion in dendritic spines. Knowing its pivotal role at central synapses, it is of particular importance to understand the cellular and molecular mechanisms underlying its regulation. While regulation of KCC2 by neuronal excitation is well documented, it is still unknown whether neuronal inhibition itself can regulate the transporter’s membrane expression and/or activity. During my PhD I was able to demonstrate a direct regulation of KCC2 membrane diffusion and stability by GABAA receptor-mediated inhibition and I characterized the underlying signaling cascade. I found that activation of GABAAR decreased KCC2 lateral diffusion while GABAAR blockade led to increased membrane dynamics and internalization of the transporter. I could show that KCC2 regulation by neuronal inhibition requires chloride as second intracellular messenger and chloride-sensing WNK1 kinase that directly phosphorylate KCC2 on key Threonine residues. This regulation has a functional impact at both excitatory and inhibitory synapses. My work reports a novel and rapid mechanism of control of chloride homeostasis by GABAA receptor-mediated inhibition that allows maintaining the polarity and activity of GABAA receptors constant.

Les glycoprotéines virales sont impliquées dans les deux principales étapes d’entrée des virus enveloppés dans leurs cellules hôtes : l’attachement des virus aux récepteurs cellulaires et la fusion des membranes virale et cellulaire. Je me suis d’abord attachée à l’étude structurale de la principale glycoprotéine, E2, de deux hépacivirus : la forme B du virus GB (GBV-B) et le virus de l’hépatite C (HCV). Mes tentatives de cristallisation de l’ectodomaine de la protéine E2 du GBV-B sont restées vaines, mais l’analyse des propriétés de ses fragments a suggéré un rôle de son extrémité C-terminale dans la liaison à son récepteur. En parallèle, j’ai co-cristallisé un peptide synthétique correspondant à la principale boucle de liaison de E2 à son récepteur, avec un fragment d’anticorps dirigé contre cette boucle. Etonnament, le peptide forme une hélice , en nette contradiction avec la conformation étendue adoptée dans un fragment du cœur de E2. Associé à des données biochimiques, cela suggère une flexibilité inattendue de cette région de l’ectodomaine d’E2. Dans un second temps, je me suis intéressée à la glycoprotéine F des baculovirus. J’ai résolu la structure du trimère d’un fragment tryptique de F dans sa conformation post-fusion. Cette structure a validé une prédiction selon laquelle la protéine F était une protéine de fusion de classe I homologue à celle des paramyxovirus. La protéine F des baculovirus est ainsi le premier exemple d’une protéine de fusion de classe I encodée par un virus à ADN. Mes résultats confortent donc l’hypothèse que toutes les protéines F ont un ancêtre commun et suggèrent un lien évolutif intéressant entre les virus à ADN, à ARN et leurs hôtes. / Viral glycoproteins are responsible for the two major steps in entry into host cells by enveloped viruses: 1) attachment to cellular receptor/s and 2) fusion of the viral and cellular membranes. My thesis concentrated first on the structural analysis of the major envelope glycoprotein E2 of two hepaciviruses: GB virus B (GBV-B) and hepatitis C virus (HCV). Crystallization of the GBV-B E2 ectodomain remained unsuccessful, but the characterization of truncated versions of E2 suggested an important role of its C-terminal moiety in receptor binding. In parallel, I co-crystallized a synthetic peptide mimicking HCV E2 with an antibody fragment directed against the major receptor-binding loop of E2 that is targeted by broadly neutralizing antibodies. The structure unexpectedly revealed an α-helical peptide conformation, which is in stark contrast to the extended conformation of this region observed in the structure of an E2 core fragment. Together with further biochemical evidence this suggests an unanticipated structural flexibility within this region in the context of the soluble E2 ectodomain. Secondly, I focused on the structural analysis of the baculovirus glycoprotein F. I determined the crystal structure of the post-fusion trimer of a trypsin-truncated F fragment. This structure confirmed previous predictions that baculovirus F protein adopts a class I fusion protein fold and is homologous to the paramyxovirus F protein. Baculovirus F is therefore the first class I fusion protein encoded by a DNA virus. My results support the hypothesis that F proteins may have a common ancestor and imply interesting evolutionary links between DNA and RNA viruses and their hosts.

Les résultats obtenus dans ce travail ont permis de démontrer que chez les deux bactéries lactiques modèles, L. lactis subsp. cremoris et O. oeni, la transcription du gène cfa, codant pour la Cfa synthase, est stimulée lorsque les cellules entrent en phase stationnaire de croissance ou lorque que les cellules sont cultivées en conditions de stress (milieu acide ou présence d’éthanol dans le milieu). Le rôle des CFA a pû être appréhendé par l’analyse physiologique comparative de la souche parentale L. lactis subsp. cremoris et du mutant Δcfa généré chez cette souche. Les forts pourcentages de survie obtenus chez les souches cultivées à pH 5,0, puis subissant un stress acide (pH 3,0), prouvent que la cyclopropanation des acides gras insaturés n’est pas indispensable à la survie de L. lactis subsp. cremoris en conditions de stress acide. En outre, les données d'anisotropie de fluorescence démontrent que la présence de CFAs membranaires ne permet pas de réguler le niveau de fluidité membranaire, en particulier avec les souches cultivées en présence d’éthanol, où une fluidification membranaire est observée dans tous les cas. L'hypothèse d'un équilibre entre les acides palmitoléique / cis-vaccénique / lactobacillique pour réguler la fluidité membranaire chez L. lactis subsp. cremoris est avancée. L’étude du rôle physiologique des CFA chez O. oeni nécessite l’expression du gène cfa de la bactérie en système hétérologue. Les résultats obtenus confirment la fonctionnalité du gène chez la bactérie hôte L. lactis subsp. cremoris, cependant la cyclisation du précurseur acide cis-vaccénique, reste partielle chez la souche mutante complémentée. Un travail de caractérisation biochimique in vitro de l’enzyme Cfa synthase de O. oeni a donc été entrepris afin d’expliquer la faible efficacité de l’enzyme de O. oeni chez la bactérie hôte. Les travaux réalisés ont permis la surproduction et la purification de l’enzyme. Une technique de mesure d’activité in vitro a été également développée. Une stratégie d’expression du gène cfa de O. oeni en système hétérologue dans la bactérie hôte E. coli BL21 Star a permis la surpoduction d’une protéine d’environ 45 kDa, en accord avec la masse moléculaire théorique de la Cfa synthase de O. oeni. A partir de l’extrait protéique, une purification a été réalisée par chromatographie d’affinité sur colonne d’agarose nickel. Les tests d’activité enzymatique in vitro ont pu été réalisés. La température optimale de l’enzyme est de 35,8°C. Son pH optimal est de 5,6. Même en se plaçant dans les conditions physico-chimiques optimales de l’enzyme, nous constatons que la cyclisation in vitro de l’acide cis-vaccénique issu des phospholipides membranaires du mutant L. lactis subsp. cremoris Δcfa reste partielle. Ceci induit une détermination expérimentale de valeurs de KM et Vmax largement supérieures aux données citées dans la littérature. La différence, entre les deux bactéries modèles, de nature et de répartition des phospholipides membranaires pourrait expliquer l’action partielle de la Cfa synthase de O. oeni. / The results obtained in this work have shown that in both lactic acid bacteria models, L. lactis subsp. cremoris and O. oeni, transcription of the cfa gene, encoding the Cfa synthase is stimulated when cells enter stationary phase of growth or when the cells are grown under stress conditions (acidic or presence of ethanol in the medium). The role of the CFAs has been apprehended by the comparative physiological analysis of the parental strain L. lactis subsp. cremoris and a Δcfa mutant generated in this strain. The high percentages of survival obtained in strains grown at pH 5.0 and undergoing acid stress (pH 3.0) prove that the cyclopropanation of unsaturated fatty acids is not essential to the survival of L. lactis subsp. cremoris under conditions of acid stress. In addition, fluorescence anisotropy data show that the presence of membrane CFA does not regulate the level of membrane fluidity, especially with strains grown in the presence of ethanol. The assumption of a balance between palmitoleic acid / cis-vaccenic acid / lactobacillic acid in membrane fluidity regulation in L. lactis subsp. cremoris is advanced. The study of the physiological role of CFA in O. oeni requires cfa gene expression of the bacterium in a heterologous system. The results confirm the functionality of the gene in the host bacterium L. lactis subsp. cremoris. However, the cyclopropanation of the precursor cis-vaccenic acid remains partial in the mutant strain complemented. Biochemical characterization in vitro of the enzyme CFA synthase from O. oeni was therefore undertaken in order to explain the low efficiency of the enzyme of O. oeni in the host bacterium. The work led to the overproduction and purification of the enzyme. A technique for measuring the activity in vitro has also been developed. A strategy of O. oeni cfa gene expression in the heterologous host bacterium E. coli BL21 Star has permitted the surpoduction of a protein of approximately 45 kDa. This data is in agreement with the theoretical molecular weight of the CFA synthase from O. oeni. Protein purification was performed by affinity chromatography on nickel-agarose column. Enzymatic activity assays in vitro have been made. The optimum temperature for the enzyme is 35.8 ° C. Its optimum pH is 5.6. However, we find that the in vitro cyclopropanation of cis-vaccenic acid from membrane phospholipids of the mutant L. lactis subsp. cremoris Δcfa remains partial. This leads to an experimental determination of KM and Vmax values much higher than the data cited in the literature. The difference between the nature and the distribution of membrane phospholipids in the two model bacteria may explain the partial activity of Cfa synthase from O. oeni.

Ce travail de thèse vise à développer un procédé de synthèse d'esters dans un réacteur enzymatique membranaire fonctionnant en milieu CO2 supercritique. Un tel procédé représente une alternative intéressante à la synthèse chimique classiquement utilisée en industrie car il permet, d'une part, d'utiliser le CO2 supercritique comme solvant et de substituer ainsi les solvants organiques généralement utilisés et, d'autre part, d'avoir un produit final doté d'un label naturel grâce à l'utilisation d'un catalyseur biologique. Dans cette étude, une membrane enzymatique de taille industrielle a été développée. Un pilote spécifique permettant la conduite de réactions enzymatiques en milieu supercritique a été conçu. Le procédé a été testé à l'aide d'une réaction modèle : la synthèse d'acétate d'anisyle à partir d'alcool et d'acétate de vinyle. L'influence de divers paramètres opératoires tels que la température, la pression, ou le débit sur les performances du procédé a été évaluée. Les performances du procédé ont été également comparées à celles d'un réacteur à lit fixe. / This study deals with the development of an enzymatic membrane reactor working in supercritical carbon dioxide for ester synthesis. This process is an alternative to the chemical synthesis classically used in industry because it allows, on the one hand, the use of supercritical carbon dioxide as a solvent instead of organic solvents and on the other hand it leads to natural label ester thanks to the use of a biological catalyst. In this work, an industrial size enzymatic membrane was developed. A special pilot plant was designed to achieve enzymatic reactions in supercritical carbon dioxide medium. The process was studied with a model reaction : the anisyl acetate synthesis from anisic alcohol and vinyl acetate. The impact of several operating conditions like temperature, pressure and flow rate on the process performances was studied. The enzymatic membrane developed in this study was active and showed an interesting conversion rate. The performances were compared to those obtained with a packed bed reactor.

L’enveloppe des bactéries à Gram négatif est composée de plusieurs polysaccharides dont certains, comme le peptidoglycane et les lipopolysaccharides, sont essentiels à leur survie et sont impliqués dans les interactions entre ces bactéries et leur environnement (e.g. résistance à des agents antimicrobiens et reconnaissance par le système immunitaire de l’hôte). La biosynthèse de ces polymères nécessite la translocation de leurs sous-unités à travers la membrane interne, ce qui requiert un lipide "porteur", l’undécaprényl phosphate (C55-P). Ce lipide est formé par la déphosphorylation de son précurseur, l’undécaprényl pyrophosphate (C55-PP), qui est lui-même généré par synthèse de novo ou par un recyclage. Chez Escherichia coli, les protéines membranaires BacA, YbjG, PgpB et LpxT présentent une activité C55-PP phosphatase et participe donc de façon redondante au recyclage du C55-P. Pour mieux comprendre le rôle physiologique spécifique de ces protéines dans la biogénèse de l’enveloppe, notre travail a porté sur l’étude des mécanismes d’action, de la fonction et de la régulation de deux de ces enzymes, PgpB et LpxT.L’activité de la protéine PgpB a été caractérisée in vivo et in vitro afin de mieux comprendre son rôle et sa capacité à participer à deux voies métaboliques essentielles, le recyclage du C55-P et la biosynthèse du phosphatidylglycérol. Nous avons mis en évidence des résidus d’acides aminés qui étaient essentiels à la catalyse des deux substrats naturels et d’autres qui n’avaient pas le même rôle dans l’hydrolyse des deux substrats, nous permettant de proposer des mécanismes différenciés. En outre, des données calorimétriques ont montré que PgpB pouvait être grandement stabilisée par la liaison d’un substrat. Hypothétiquement, le changement structural sous-jacent serait susceptible de libérer de l’énergie mobilisée pour le flip du produit à travers la membrane. La protéine LpxT est responsable d’une modification constitutive des lipopolysaccharides en transférant le phosphate libéré du C55-PP sur la partie lipide A. Dans certaines conditions de stress, l’activité de LpxT est spécifiquement inhibée par un petit peptide (PmrR) pour permettre à d’autres modifications de s’opérer. Nous avons montré que la modification catalysée par LpxT était déterminante pour permettre à E. coli de résister aux acides biliaires et de coloniser efficacement le tractus intestinal de l’hôte. LpxT constitue ainsi un point de contrôle clé chez E. coli pour résister à différent agents antimicrobiens qui ciblent les lipopolysaccharides mais qui possèdent des propriétés physico-chimiques opposées. En outre, nous avons montré que LpxT et PmrR formaient un complexe stable mais que de façon inattendue, cette liaison n’inhibait pas l’activité phosphotransférase de l’enzyme in vitro. Nous proposons que PmrR inhibe l’activité de LpxT in vivo en modifiant sa capacité à interagir avec ses partenaires de la voie de biosynthèse des lipopolysaccharides. La biogénèse des polymères de l’enveloppe est absolument nécessaire à la survie des bactéries et les modifications structurales de ces éléments sont autant de stratégies plus ou moins spécifiques qui participent au fitness et à un mode de vie particulier des bactéries. Les C55-PP phosphatases qui participent activement à ces processus constituent ainsi autant de cibles potentielles intéressantes pour la conception de nouveaux antibiotiques. / The bacterial cell envelope is composed of many polysaccharides such as the peptidoglycan and the lipopolysaccharides (LPS) that are required for survival and are involved in the interactions that the bacteria establish with their surroundings, including antimicrobial resistance and host immune system recognition. The biosynthesis of these polymers requires the translocation of the sugar sub-units across the plasma membrane, which implies an essential lipid carrier, the undecaprenyl phosphate lipid (C55-P). This lipid is generated by the dephosphorylation of its precursor, C55-PP, itself arising from either de novo synthesis or recycling. The Escherichia coli bacterial species possesses four membrane proteins (BacA, YbjG, PgpB and LpxT) exhibiting a C55-PP phosphatase activity, which all contribute redundantly to C55-P recycling. To highlight the specific physiological role of these enzymes in the cell wall biogenesis, our work was focused on the characterization of the mechanism of action, the function and the regulation of two of these phosphatases, PgpG and LpxT.The PgpB activity was characterized both in vivo and in vitro to decipher its role and ability to participate in two essential metabolic pathways, the C55-P recycling and the phosphatidylglycerol biosynthesis. We identified essential residues of PgpB involved in the hydrolysis of both natural substrates, C55-PP and PGP, and some others that function differently in the hydrolysis of these two lipids, allowing us to propose different reaction mechanisms for this enzyme. In addition, calorimetric data showed that substrate binding greatly stabilized the PgpB protein. Hypothetically, the underlying structural change would release energy allowing translocation of the lipid across the membrane. LpxT is responsible for a constitutive modification of the LPS by transferring the phosphate released from C55-PP to lipid A. Under certain environmental stresses, the LpxT activity is specifically inhibited by a small peptide (PmrR), thereby allowing other modifications of the lipid A structure to take place. We showed that the LpxT-dependent modification accounts for bile acids resistance in E. coli and is critically important for E. coli colonization in the host’s gut. LpxT constitutes a key critical control point in E. coli to resist different antimicrobial agents with opposite physical-chemical properties but which all target the LPS. In addition, we demonstrated that PmrR forms a stable complex with LpxT, but unexpectedly, this binding did not inhibit the phosphotransferase activity of the enzyme in vitro. We propose that PmrR inhibits LpxT activity in vivo by modulating its ability to interact with its protein partners that are involved in LPS biosynthesis. The biogenesis of cell wall polymers is essential for bacterial survival and structural changes in these components participate more or less specifically to the fitness and particular lifestyles of bacteria. The C55-PP phosphatases which participate actively in these processes therefore constitute interesting potential targets for new antibiotics design.

La neurotransmission nécessite la fusion de vésicules synaptiques (VS) avec la membrane pré-synaptique pour libérer les neurotransmetteurs qui vont activer les récepteurs du neurone post-synaptique. Le nombre de VS dans le bouton pré-synaptique est limité, ce qui nécessite des mécanismes efficaces pour régénérer ces vésicules. Parmi ces mécanismes, il existe l’endocytose dépendante de la clathrine, l'endocytose ultra-rapide et l'endocytose de masse (ADBE), ces deux dernières étant indépendantes de la clathrine. Dans cette étude, il est montré que l'absence d'Alix (ALG-2 interacting protein-X) entraîne des modifications morphologiques et fonctionnelles des synapses qui pourraient être la conséquence d’un recyclage défectueux des VS. Nous avons récemment montré que Alix et l’un de ses partenaires, l'endophiline-A, sont essentiels pour l'endocytose indépendante de la clathrine dans les fibroblastes, ce qui nous amène à penser que Alix pourrait jouer le même rôle dans le bouton pré-synaptique. Au cours de ce travail, j’ai montré que Alix se concentre au niveau des boutons pré-synaptiques après une stimulation à haute fréquence des neurones. En utilisant des formes mutantes d’Alix, j’ai montré que le recrutement d’Alix à la membrane pré-synaptique était dépendant de son interaction avec ALG-2 (protéine de liaison au calcium). De même la relocalisation de l’endophiline-A à la synapse est dépendante de son interaction avec Alix. Par ailleurs, l’absence d'Alix dans les neurones conduit à une altération de l'ADBE, qui peut être restaurée par l'expression d'Alix, mais pas avec ses mutants incapables d'interagir avec ALG-2 ou l'endophiline-A.Les résultats de cette étude démontrent qu'Alix est important pour l'endocytose indépendante de la clathrine dans les synapses, processus indispensable au recyclage des vésicules synaptiques au cours d'une activité neuronale normale. / Neurotransmission involves the fusion of synaptic vesicles (SVs) to the presynaptic membrane to release neurotransmitters that will bind receptors on the postsynaptic neuron. The number of SVs in central nerve terminals is limited, necessitating a set of reliable mechanisms to regenerate SVs. Among such mechanisms are clathrin-mediated endocytosis, ultrafast endocytosis and activity-dependent bulk endocytosis (ADBE), where the latter two are clathrin-independent. The present study reveals that the depletion of Alix (ALG-2 interacting protein-X) leads to morphological and functional changes of synapses that indicate defective SV recycling. Our recent finding that Alix and its major partner, endophilin-A, is crucial for clathrin-independent endocytosis in fibroblasts, led us to hypothesise that Alix may have such a role at the presynapse. The present study has allowed us to demonstrate that Alix concentrates at presynaptic boutons during intense stimulation. Using mutant forms of Alix, we demonstrate that this recruitment of Alix is depends on the ability of Alix to interact with the calcium binding protein, ALG-2. Endophilin-A is also recruited to presynaptic boutons and this recruitment is dependent on its capacity to interact with Alix. It is then revealed that the lack of Alix in neurons leads to impaired ADBE, suggesting the importance of Alix in ADBE. Such a role of Alix depends on its ability to interact with ALG-2 and endophilin since the impairment of ADBE was reversed upon rescuing the expression of wild-type Alix, but not with Alix mutants unable interact with ALG-2 or endophilin-A.The findings of this study demonstrate that Alix is important for clathrin-independent endocytosis at synapses, a process necessary for the recycling of synaptic vesicles during normal neuronal activity.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le canal calcique de type-L CaV1.2 participe au couplage excitation-contraction des cardiomyocytes. Cav1.2 est composé d’une sous-unité principale CaVα1, associée aux sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. Lorsque présente à la membrane, c’est CaVα2δ1 qui est responsable de moduler la densité du courant calcique. Elle ne possède qu’un seul segment transmembranaire présent du côté C-terminal, au niveau de la protéine δ, ce qui en fait une protéine transmembranaire de type I. Certaines protéines qui appartiennent à cette famille doivent être clivées au niveau du site dit « omega », une modification post-traductionnelle nécessaire à leur fonction. Une fois clivées, ces protéines sont retenues à la membrane plasmique par une ancre glycosyl-phosphatidyl-inositol (GPI). Nos études en microscopie confocale montrent que la protéine sauvage est sensible à l’action de la phospholipase C qui clive de manière spécifique les groupements phosphoinositol, ce qui est compatible avec la présence d’une ancre GPI fonctionnelle. De plus, la mutation des résidus formant le site « omega » en isoleucine au niveau des sites G1060 et G1061 prévient l’adressage membranaire de CaVα2δ1 estimé par cytométrie en flux et imagerie confocale, et réduit la modulation des courants calciques mesurés par la méthode du « patch-clamp ». Les mutants G1060I et G1061I sont aussi associés à un changement dans le patron de migration de la partie C-terminale, suggérant un processus protéolytique défecteueux. Les mutations simples des glycines en alanines préservent les propriétés de la protéine mais le double mutant G1060A/G1061A réduit significativement l’expression de CaVα2δ1 à la surface de la cellule et sa modulation sur le canal CaV1.2. Ces données suggèrent fortement que le clivage requiert spécifiquement un résidu Glycine en position 1060 ou 1061 pour produire le clivage protéolytique dominant chez CaVα2δ1, et que cet ancrage GPI est essentiel à la fonction du canal. / Voltage-gated calcium channels CaV1.2 play an essential role in the regulation of cardiac excitability. Functional channels are formed by the CaVα1 subunit and the intracellular CaVβ and the extracellular CaVα2δ1 subunits. CaVα2δ1 are type I transmembrane proteins that undergo a posttranslational modification producing their association at the plasma membrane through a glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor. The molecular determinants required for the proteolytic cleavage of the recombinant CaVα2δ1 protein were studied using biochemical, immunocytochemical, fluorescence, and electrophysiological methods. Enzymatic treatment with a phospholipase C specific for the cleavage of phosphatidyl inositol lipids abolished the colocalisation of CaVα2δ1 with a plasma membrane marker as shown using live-cell confocal imaging. Single point mutations G1060I or G1061I in the predicted transmembrane CaVδ domain was shown to significantly reduce the cell surface fluorescence of CaVα2δ1 as characterized by two-color flow cytometry assays and confocal imaging, and to prevent the CaVα2δ1-mediated increase in the peak current density and voltage-dependent gating of CaV1.2 currents. The isoleucine mutations were also associated with a change in the migration pattern of the C-terminal fragments suggesting that proteolytic processing was altered. Single glycine to alanine mutations preserved the protein properties but the double mutant G1060A/G1061A significantly impaired cell surface expression of CaVα2δ1 and its functional regulation of CaV1.2. Altogether our data support a model where one Glycine residue at position 1060 or 1061 is required to produce the dominant proteolytic cleavage of CaVα2δ1 and further suggest that the GPI-anchored form of CaVα2δ1 is essential for channel function.

Des pathologies telles que la myopathie et certains types de cancer, peuvent être causées par une mauvaise formation de l’enveloppe nucléaire (EN), processus se produisant lors de chaque division cellulaire mais aussi lors de la formation du pronoyau mâle. Un modèle in vitro, dérivé de gamètes d’oursins, a été utilisé afin d’étudier les différentes étapes de formation de l’EN et a permis de révéler plusieurs informations essentielles. Un des points critiques est que des membranes fortement enrichies en phosphoinositides polyphosphorylés (PPIs) sont essentielles à la formation de l’EN, notamment lors des étapes de fusion membranaire. Ces membranes proviennent du cytoplasme de l’ovocyte fécondé (MV1) et des noyaux de spermatozoïdes (NERs). Nous avons construit des modèles membranaires mimant les compositions lipidiques de ces membranes, puis étudié leur structure, leur dynamique ainsi que leur morphologie par spectroscopie de RMN des solides et microscopie électronique. Nous avons montré que les PPIs induisent une courbure membranaire positive, conduisant à la formation de petites vésicules ou de micelles allongées. Plus important encore, dans le modèle « MV1», les membranes sont très fluides. Le modèle « NERs » est constitué de membranes globalement ordonnées, semblables aux phases dites « liquides ordonnées » avec une modulation apportée par la PPIs. Nous avons également construit un modèle membranaire minant la composition lipidique des vésicules MV2, membranes non-enrichies en PPIs mais représentant 90 % des vésicules participant à la formation de l’EN. Ce modèle membranaire présente une dynamique intermédiaire à celle observée pour les modèles MV1 et NERs. Ces propriétés nouvelles ont permis de proposer un mécanisme décrivant le rôle des PPIs lors de la fusion membranaire conduisant à la formation de l’enveloppe nucléaire. / Diseases, such as myopathies and some types of cancer, can be caused by abnormal nuclear envelope (NE) assembly, a process that takes place at each cell division and during male pronuclear formation. A cell-free assay from sea urchin gametes, that mimics the in vivo male pronucleus formation, has been used to dissect the various stages of NE assembly. This in vitro assay has revealed several novel features. One of the critical aspects is that membranes highly enriched in polyphosphorylated phosphoinositides (PPIs), are essential for NE formation, especially during the stage of membrane fusion. Theses membranes are extracted from the cytoplasm of the fertilised oocyte (MV1) and sperm nuclei (NERs). We made model membranes with similar lipid composition to MV1 and NERs and studied their structure, dynamics and morphologies by solid-state NMR spectroscopy and electron microscopy. We show that PPIs have a positive membrane curvature, inducing small vesicles and elongated micelles. More importantly, we illustrate that “MV1-like” membranes are very fluid. “NERs-like” membranes are globally ordered and belong to the family of liquid ordered phases. We also evidenced that PPIs can counterbalance in part the ordering effect of cholesterol. Moreover we made model membranes with similar lipid composition to MV2, non-enriched in PPIs membranes which constitute 90% of the vesicles forming the NE. This model membrane shows an in-between dynamics compared to MV1 and NERs. We therefore propose a mechanism describing the role of PPIs during membrane fusion leading to nuclear membrane assembly.