Projet ANR-13-JSV8-0002 – SEPTIME : Assemblage et ultrastructure des septines, de la molécule à la cellule
Programme : JCJC - SVSE 8 - Biochimie, biologie moléculaire et structurale (JCJC SVSE 8) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Aurélie BERTIN (INSTITUT CURIE - SECT DE RECHERCHE)
Partenaires : Institut Curie
Montant : 249924.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Les septines sont des protéines du cytosquelette qui forment des filaments au niveau de la membrane plasmique interne. Elles ont été découvertes chez la levure S. cerevisiae et jouent un rôle primordial dans la cytokinèse, dernière étape de la division cellulaire. Chez les eucaryotes supérieurs, les septines sont essentielles à plusieurs  étapes impliquant les remodelages membranaires comme la compartimentation cellulaire. Leur disfonctionnement est associé à la tumorigenèse et aux maladies neurodégénératives, Parkinson et Alzheimer. J’ai précédemment décrit par microscopie électronique (ME) l’organisation moléculaire et l’architecture 3D  à résolution nanométrique des septines de levure in vitro et in situ. Le complexe formé des 4 sous-unités constitutives s’organise en un bâtonnet octamérique et symétrique. En fonction des sous-unités impliquées, les septines s’assemblent ensuite en filaments non polaires, réseaux ou anneaux. Les systèmes biomimétiques lipidiques ont été des outils clés pour démontrer que l’organisation supramoléculaire des septines était dirigée par des interactions spécifiques avec le lipide PI(4,5) P2. In vivo, les septines s’organisent en un réseau orthogonal de filaments, proches de la membrane plasmique interne.
Notre principal objectif consiste à mettre en évidence et comprendre les facteurs universels qui sont nécessaires à l’assemblage et à l’ultrastructure des septines et qui, par conséquent, dirigent leur fonction. Pour ce faire, deux modèles seront utilisés : les levures S. cerevisiae bourgeonnantes  et drosophila melanogaster. Chez Drosophila, les septines interviennent lors de l’embryogénèse au cours de l’étape de cellularisation pendant laquelle les premières cellules sont formées au pourtour de l’embryon par l’invagination de la membrane embryonnaire de part et d’autre des noyaux. Les septines de drosophile diffèrent des septines de levure en nombres et composition protéique, leur organisation n’est pas connue et nos premiers résultats révèlent que leur architecture supramoléculaire diffère de celle de levure.
Nous avons trois objectifs :
-          Comprendre le rôle des septines dans le remodelage des membranes et la réorganisation de domaines lipidiques. Cette partie implique la description complète de l’ultrastructure des septines de drosophile. Nous voulons aussi corréler la formation d’architectures diverses aux changements morphologiques de membrane de systèmes modèles représentatifs des différents états du remodelage membranaire.
-          Analyser la dynamique en temps réel de l’assemblage des septines à la membrane et des conséquences sur la formation d’une barrière de diffusion de protéines membranaires.
-          Décrire l’organisation 3D des septines dans un contexte cellulaire de levures bourgeonnantes mitotiques et d’embryons de drosophile en cellularisation pour en extraire les paramètres structuraux communs et spécifiques des fonctions des septines dans la cytokinèse et la cellularisation.
Des méthodes de pointe complémentaires seront mises en œuvre (cryo-ME, cryo-tomographie électronique, high-speed AFM, microscopie de fluorescence super-résolue) dans une étude multi-échelles de la molécule à la cellule.
Ce projet va bénéficier de la synergie des expertises d’A. Bertin de l’organisation et la dynamique des septines de levure et de son collaborateur de l’Institut Curie, D. Lévy qui possède l’expertise de l’analyse structurale de protéines transmembranaires par ME et le développement de systèmes lipidiques biomimétiques, ainsi que du Nikon Imaging Center de l’Institut Curie. Il va aussi bénéficier de collaborations externes (P.EM. Milhiet, Atomic Force microscopy, M. Mavrakis, septines de drosophile, G. Koenderink, biophysique des septines et partenaires). L’ensemble de ces études doit apporter une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes de formation de réseaux de septines responsable des réorganisations membranaires lors de processus de division