Projet ANR-12-BSV5-0002 – PanoraSNARE : Panoramas énergétique et moléculaires de l’assemblage des SNAREs obtenu avec une séparation intermembrane contrôlée. Lien avec la libération des neurotransmetteurs.
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Frederic PINCET (Laboratoire de Physique Statistique de l'Ecole Normale Supérieure)
Partenaires : Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS
Montant : 350000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Comment la transmission synaptique se fait-elle mécaniquement ?Des protéines, les SNAREs, permettent la fusion de la vésicule synaptique avec la membrane présynaptique. Nous chercherons à comprendre comment les SNAREs agissent méaniquement pour fusionner les membranes.
Forces et structures intermédiaires des SNAREs en fonction de la distance intermembranaire.La transmission synaptique se produit lorsque des vésicules synaptiques fusionnent avec la membrane présynaptique induisant la libération des neurotransmetteurs. Cette fusion se fait grâce à des protéines, les SNAREs. Les v-SNAREs sont présentes sur la vésicule synaptique et les t-SNAREs sur celle du neurone. v et t-SNAREs s’assemblent pour forcer les membranes à se rapprocher et à fusionner. Si la structure du complexe SNARE ainsi formé est bien connue, les forces exercées sur les membranes pour déclencher la fusion et le degré d’assemblage des SNAREs en fonction de la distance intermembranaire restent inconnus. Dans ce projet, nous allons, à l’aide d’un nouveau dispositif expérimental (voir ci-dessous), mesurer forces et degré d’assemblage en fonction de cette distance. Cela permettra de comprendre comment les SNAREs agissent mécaniquement et, à terme, d’agir directement sur cette action pour modifier ou contrôler la neurotransmission. L’influence de certaines protéines de régulation sur cette action mécanique sera aussi testée.
Mesure de forces et degré d’assemblage du complexe SNAREPour cette étude, nous utiliserons une technique de pointe développée dans le laboratoire, l’appareil à forces entre surfaces combiné à une mesure de Förster Resonnance Energy Transfer (SFA-FRET), qui permet de mesurer les forces entre membranes et le degré d’assemblage de complexes protéiques tout en fixant la distance intermembranaire.
Résumé de la soumission : Ce projet s’inscrit dans la continuité du projet ANR PCV « IntermeSNARE » obtenu en 2008 et qui s’achève en 2012. IntermeSNARE a conduit à trois articles dans « Nature Structural and Molecular Biology », articles qui ont été mis en valeur par un « News and Views » dans cette même revue. Lors de la neurotransmission, des vésicules synaptiques doivent être prêtes à fusionner avec la membrane pré-synaptique afin de libérer très rapidement les neurotransmetteurs (moins de 100 µs). Pour cela, les protéines SNARE présentes sur les deux membranes et qui, en s’appariant, déclenchent la fusion doivent  être déjà partiellement associées. Dans nos articles, nous présentons les bases moléculaires, énergétiques et dynamiques permettant cette préparation des vésicules synaptiques et donc des SNAREs pour un déclenchement quasi-instantané de la fusion. Du point de vue du développement, IntermeSNARE a aussi permis de mettre au point un appareil permettant simultanément de mesurer les forces entre membranes et d’observer directement dans l’espace intermembranaire et jusqu’à de séparation de quelques Angströms l’appariement de molécules par FRET (« Förster Resonance Energy Transfer »). Ce dispositif est fondé sur l’appareil à forces entre surfaces (SFA). A ce jour, aucune autre technique ne permet ainsi de fixer la distance intermembranaire et d’observer directement l’arrangement moléculaire entre les membranes. Nous souhaitons donc poursuivre notre collaboration fructueuse et passer à une dimension supérieure en montrant le potentiel de cette nouvelle technique par l’établissement des panoramas énergétique et moléculaire de l’assemblage des SNAREs avec une résolution de l’ordre du nm (une fois assemblé, le complexe a une forme cylindrique de longueur 15 nm). En effet, la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la fusion membranaire et comment ces mécanismes sont contrôlés par des protéines de régulation requiert la connaissance du panorama d’assemblage de ces molécules, c’est-à-dire à quelle distance intermembranaire chaque partie du complexe moléculaire est assemblée (=panorama moléculaire) et quelle énergie est dégagée lors de cet assemblage (=panorama énergétique). Puisque ces assemblages sont rapides, il est indispensable de bloquer la distance intermembranaire pour imposer et fixer l’assemblage partiel des molécules. Notre nouvel appareil SFA/FRET permet d’obtenir un tel résultat. Une fois que nous aurons démontré le potentiel de cette technique sur les SNAREs, il pourra être utilisé par d’autres équipes et sur d’autres systèmes.
Résultats : L’étude permettra d’obtenir à l’échelle du nanomètre, les interactions entre des membranes contenant les SNAREs et le degré d’assemblage du complexe SNAREs en fonction de la distance intermembranaire. Il sera ainsi possible de déterminer quel rôle précis joue chaque partie du complexe SNARE dans la fusion.
Ce projet permettra d’accroitre un partenariat international déjà très productif entre le département de biologie cellulaire de l’université Yale et le département de physique de l’Ecole Normale Supérieure de Paris.
Perspectives : Une fois le projet terminé, il sera possible d’étudier précisément comment les protéines déjà identifiées comme régulateurs de la neurotransmission agissent sur l’action mécanique et l’assemblage des SNAREs. A termes, un ciblage précis de cette action pour contrôler la neurotransmission pourra être envisagé.
Publications et brevets : Pas encore de production scientifique ou de brevet après 6 mois de projet.