Projet ANR-15-CE11-0025 – NANOSTAT : Rôle de la nano-organisation spatio-temporelle dans la régulation de la spécificité de la voie de signalisation JAK/STAT
Programme : Etude des systèmes biologiques, de leur dynamique, des interactions et inter-conversions au niveau moléculaire (DS0401) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe LAMAZE (INSTITUT CURIE - SECT DE RECHERCHE)
Montant : 227240.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : La propagation du signal induite par le ligand lié aux récepteurs spécifiques de la membrane plasmique est un processus clé pour que la cellule puisse remplir son rôle complexe dans les organismes multicellulaires. Alors que les principaux paradigmes de ce processus ont été établis pour différents types de récepteurs, les paramètres moléculaires et biophysiques qui contrôlent la spécificité de l'activation du signal par le ligand restent obscurs. Le challenge est de comprendre le « paradoxe de la signalisation » où un ensemble limité d'effecteurs intracellulaires peut contrôler des myriades de signaux. Ce paradoxe est particulièrement bien illustré par le récepteur de l'interféron de type I (IFNAR) où près de 13 IFNs différents peuvent activer le même récepteur de l’IFN alpha. Les interactions latérales complexes entre protéines membranaires intégrales de la bicouche lipidique sont censées jouer un rôle important pour l'activation du récepteur par ses ligands. En plus de ces interactions dans la membrane plasmique, la dynamique des endomembranes peut aussi jouer un rôle clé dans l'activation sélective des récepteurs de signalisation.
   L'objectif global de ce projet collaboratif et transdisciplinaire  est de découvrir comment la spécificité de la signalisation JAK/STAT est contrôlée par la nano-organisation du complexe IFNR activé à la membrane plasmique et dans l’endosome. Les IFNRs représentent l'un des meilleurs paradigmes pour étudier la complexité de ces mécanismes puisque les IFNRs de  types I IFNAR (IFN alpha/beta) et de type II IFNGR (IFNgamma) activent une molécule d'STAT1 commune, mais contrôlent une des voies de transcription distinctes. P1 a récemment montré que le transport et l’endocytose des IFNRs endocytose ainsi que la nano-organisation des lipides à la membrane plasmique jouent un rôle clé dans la sélectivité de l'activation JAK/STAT par les IFNs de type I et de type II, respectivement. P2 a établi des techniques d'imagerie de pointe pour détecter l’assemblage et la dynamique spatio-temporelle des IFNRs en utilisant la microscopie à super-résolution et à molécule unique. Le rôle de la nano-compartimentation de la membrane plasmique par l’actine et les nanodomaines lipidiques sera exploré en utilisant des modifications biochimiques et génétiques. Plus précisément, nous déterminerons comment les caractéristiques de localisation de IFNGR dans les nano-domaines lipidiques spécifiques, sont probablement liée à des interactions de lipides et de galectines spécifiques. Nous identifierons de nouveaux partenaires d'interaction par spectrométrie de masse (P1), que nous validerons sur cellules vivantes par « micropatterning de surface fonctionnelle » (P2). Le rôle de ces partenaires d'interaction sera détaillé par biophysique (P2) et des études fonctionnelles (P1).
   La combinaison de la biologie cellulaire (P1) avec la biophysique et des approches avancées de photonique (P2) offriront l'occasion unique de tester l'hypothèse provocatrice que la localisation et l’agrégation du complexe IFNR activé dans des nano-compartiments membranaires distincts (membrane plasmique pour IFNGR et endosome précoce pour IFNAR) conjointement avec des différences de régulation spatio-temporelle du trafic endosomal de IFNR conditionnent sélectivement l'activation mécanistique de la voie JAK/STAT.
   La philosophie du projet réside dans l'émergence de nouveaux concepts basés sur la quantification des observables biologiques à un niveau moléculaire unique à travers le développement d'outils innovants expérimentaux et analytiques. Nous démêlerons la base moléculaire qui conditionne la réactivité et la dynamique des macromolécules biologiques (IFNRs) et des complexes associés (JAK/STAT) lorsque les cellules sont activées par les IFNs. Ainsi, un lien intrinsèque rassemble trois domaines de recherche différents : la biologie cellulaire, les systèmes modèles in vitro de la membrane et la photonique, tant au niveau conceptuel qu’expérimental.