Projet ANR-12-BSV6-0016 – DYNOTEP : Dynamique du protéome endocytaire : une perspective systémique du trafic et de la maturation.
Programme : Blanc - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (Blanc SVSE 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Laurence AUBRY (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES)
Partenaires : Laboratoire d'Informatique de Grenoble; Biologie à Grande Échelle; Institut de Biosciences et de Biotechnologie de Grenoble; Laboratoire d'Informatique de Grenoble
Montant : 450000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Connaître la cellule pour mieux traiter ses dysfonctionnementsExploration de la dynamique du processus d’endocytose, un mécanisme clé dans la réponse/adaptation des cellules à leur environnement
Vers une connaissance systémique de la voie endocytaireL’endocytose joue un rôle clé dans la nutrition et la signalisation cellulaire et des dysfonctionnements de ce processus sont associés à diverses pathologies incluant cancers et maladies neurodégénératives. L’identification de nouvelles pistes thérapeutiques visant à pallier ces dysfonctionnements nécessite une vision intégrée du processus (acteurs moléculaires, interactions et fonctionnement). Le projet Dynotep s’inscrit dans cet objectif de connaissance systémique.
Une approche multidisciplinaire de la dynamique endocytaireLe projet DYNOTEP s’appuie sur des approches multidisciplinaires de biologie cellulaire, de bio-informatique, de protéomique quantitative et de mathématique. Des méthodes de purification magnétique des compartiments endocytaires à des stades différents de maturation sont utilisées pour l’obtention du matériel biologique adéquat. L’étude de leur composition protéique (protéome) met en jeu des techniques de spectrométrie de masse à haut débit, quantitative et sans marquage isotopique (label free). L’exploitation des données de protéomique dont l’établissement de profils d’abondance pour chacunes de protéines identifiées nécessite des approches de bioinformatique, de statistique et le développement d’outils mathématiques ciblés sur l’analyse de séries. L’information générée sera exploitée par les biologistes en vue de mieux comprendre la dynamique du processus endocytaire qui fait l’objet de cette étude.
Résumé de la soumission : L’endocytose est le processus par lequel les cellules internalisent du fluide, des solutés, des macromolécules et des particules ainsi que des composants membranaires, par invagination de la membrane plasmique et formation de vésicules intracellulaires. Ce processus, en plus d'avoir un rôle dans la nutrition, participe activement à la transduction du signal.L'implication de l'endocytose dans des situations pathologiques diverses a stimulé de façon notable les efforts de recherche dédiés à ce processus. Des dysfonctionnements de l’endocytose sont impliqués dans la cancérogenèse et certains troubles neurodégénératifs. La voie endocytaire constitue également une voie d’accès aux pathogènes intracellulaires. Ainsi, certains virus et bactéries ont élaboré des stratégies de détournement de l'endocytose afin de se répliquer et se propager. En outre, l’endocytose présente un grand potentiel en tant que mécanisme d'entrée pour des molécules à visée thérapeutique. Cependant, et malgré les efforts considérables consacrés à la dissection des processus moléculaires et des voies gouvernant l'activité endocytaire, notre connaissance actuelle de l'endocytose reste très fragmentaire. La plupart des données disponibles sont limitées à des étapes spécifiques du trafic, des composants ou des sous-compartiments. L'organisation globale et la multifonctionnalité du réseau endocytaire sont clairement trop complexes pour être appréhendées par la simple accumulation des informations tirées de ces approches ciblées. Une compréhension en profondeur de l'endocytose exige donc une vision intégrée combinant les données moléculaires, les aspects dynamiques du trafic et les interactions entre la voie endocytaire et le reste de la cellule.L'objectif du projet DYNOTEP est de fournir une perspective systémique sur le processus endocytaire vu sous l’angle de la dynamique des protéines. Le projet se place à l’intersection de la recherche fondamentale sur l’endocytose et des développements expérimentaux pour l’analyse de la dynamique de protéomes. Les méthodes de protéomique quantitative basées sur les techniques modernes de spectrométrie de masse à grande échelle offrent maintenant la possibilité d'établir le répertoire de protéines et d’accéder à leur profil de distribution temporelle pour des systèmes biologiques dynamiques. Alors que la technologie pour obtenir la quantité et la qualité de données exigées pour étudier la dynamique d’un protéome est disponible, les concepts pour l'analyse de profil temporels multidimensionnels sont encore émergents. De même, les outils mathématiques requis exigent encore des étapes d’amélioration et de raffinement.Le projet DYNOTEP utilise la voie macropinocytaire de Dictyostelium comme système modèle. Il exploite des approches de biologie cellulaire, de bio-informatique, de protéomique quantitative et des outils mathématiques originaux de traitement de données temporelles.  Le projet est articulé en 4 tâches interconnectées pour 1) fournir une annotation en profondeur du protéome endocytaire de Dictyostelium que nous venons d’établir, 2) l'enrichir avec une dimension spatio-temporelle par l'établissement de profils temporels d'abondance pour tous les protagonistes, 3) compléter les données protéomiques avec des informations fonctionnelles relatives aux réseaux d'interaction et 4) aboutir à une vision dynamique intégrée du processus endocytaire. Ces résultats viendront compléter les approches de biologie cellulaire ciblées et contribueront à une connaissance systémique de la fonction endocytaire.Les exigences de pluridisciplinarité du projet seront satisfaites par l'association de trois équipes de recherche reconnues comme expertes dans leurs champs respectifs.
Résultats : Les résultats dérivés du projet Dynotep sont de deux types :
-	Acquisition de connaissances dans le champ de la biologie, en particulier sur le processus d’endocytose. Le projet est structuré en 4 volets interconnectés qui visent à identifier les protéines présentes sur la voie endocytaire, quantifier leur abondance relative sur les différents compartiments de la voie et étudier les relations entre acteurs, qui sous-tendent la dynamique du processus.
-	Développements méthodologiques applicables à d’autres processus biologiques ou d’autres modèles cellulaires
Perspectives : Le projet DYNOTEP se place à l’intersection de la recherche fondamentale sur l’endocytose et des développements expérimentaux pour l’analyse de la dynamique de protéomes. Les travaux devraient générer des informations totalement nouvelles quant à la dynamique du processus d’endocytose et aux mécanismes moléculaires sous-jacents qui permettront de fondre les connaissances actuelles dans une vision plus détaillée et intégrée du processus. Cette connaissance mise à la disposition de la communauté scientifique pourra être exploitée dans le cadre de travaux plus ciblés vers des applications médicales. Des retombées méthodologiques de ce travail sont également attendues dans le domaine de la spectrométrie de masse en validant un cadre méthodologique applicables à d’autres études à visée systémique.
Publications et brevets : Habourdin C, Klein G, Tsuyoshi A, Williams J and Aubry L. (2013) The arrestin-domain containing protein AdcA is a response element to stress. Cell Comm. Signaling 11 :91-115
Cet article participe à la caractérisation fonctionnelle d’une protéine identifiée sur la voie endocytaire de Dictyostelium, l’arrestine AdcA.