Une PAC compliquée fait tout

Cles aules du corps humain sont faites pour bouger. Ils se rassemblent pendant le développement de l’embryon, migrent pour réparer les tissus, chassent les agents pathogènes et effectuent une foule d’autres tâches nécessitant des déplacements. En tant que partie intégrante du cytosquelette, les filaments d’actine aident à maintenir la forme d’une cellule, mais ils aident également la cellule à se déplacer et à se diviser. Pour ce faire, ils utilisent en grande partie le tapis roulant, un processus dans lequel des monomères d’actine sont ajoutés à une extrémité du filament et retirés de l’autre extrémité. Cela pousse la membrane cellulaire interne et fait rouler la cellule dans une direction. Selon le dogme, ces monomères sont généralement ajoutés à une seule extrémité du filament d’actine, appelée extrémité barbelée, et retirés de l’extrémité opposée, appelée extrémité pointue. La protéine associée à la cyclase (CAP), qui aide à démonter les extrémités pointues du filament, est l’une des protéines les plus importantes impliquées dans ce processus de tapis roulant.

Dans un nouveau pré-impression Publié sur bioRxiv, des chercheurs de l’Université Emory ont montré que le CAP aide également à démonter ou à dépolymériser les extrémités barbelées.¹ Ces résultats soutiennent et étendent les résultats d’un autre papierrécemment publié par un autre groupe en 2023, qui a démontré que le taux de dépolymérisation des extrémités barbelées in vitro changeait en fonction de la concentration de CAP.² Cependant, les chercheurs responsables de l’article précédent n’ont pas observé directement les interactions CAP-actine. Dans la présente étude, l’équipe Emory a observé le CAP en action, visualisant directement la protéine atterrissant sur les extrémités barbelées des filaments, qui se sont ensuite rapidement dépolymérisées.

« Je pense qu’ensemble, les deux journaux changent ce que nous pensons se passer du côté barbelé », a déclaré Jeffrey Michael Fieldbiologiste moléculaire à l’Université de Pennsylvanie qui découvert CAP en 1990 et n’a pas participé à cette étude.³ « Ce que cela montre, c’est qu’il y a en fait une machinerie pour dépolymériser l’extrémité barbelée… comme s’il y avait une marche arrière. »

« Dans une cellule, vous… détruisez les anciens réseaux pour pouvoir former de nouveaux réseaux », a déclaré le co-auteur de l’étude. Shashank Shekhar, biophysicien à l’Université Emory. « Notre question était vraiment : comment la cellule brise-t-elle les anciens réseaux d’actine ? » Pour enquêter sur le démantèlement de ces anciens réseaux, un étudiant diplômé Ekram Towsif des filaments d’actine attachés à une lamelle avec les extrémités barbelées flottant librement. Il a fait passer un tampon contenant du CAP dans le système sur certains filaments d’actine et un tampon pur sur les autres. Il a constaté que les extrémités barbelées des filaments exposés au CAP se dépolymérisaient plus rapidement que les filaments témoins.

Ensuite, les chercheurs ont exploré plus en détail les mécanismes de dépolymérisation médiée par le CAP. CAP comporte deux moitiés qui fonctionnent de manière autonome, N-terminal (N-CAP) et C-terminal (C-CAP). Généralement, le N-CAP contrôle la dépolymérisation au niveau de l’extrémité pointue, mais l’équipe voulait savoir s’il dépolymérisait également l’extrémité barbelée. Ils ont mis les extrémités libres barbelées en solution avec du N-CAP, du C-CAP ou la protéine complète et ont découvert que le C-CAP et le CAP complet augmentaient la dépolymérisation de plus de quatre fois, alors que le N-CAP ne faisait rien. De plus, comme il existe deux domaines de liaison à l’actine à l’extrémité C-terminale, WASP-Homology 2 (WH2) et CAP et protéine de la rétinite pigmentaire liée à l’X (CARP), l’équipe a exprimé les peptides de chacun et a découvert que WH2 était nécessaire à la dépolymérisation de l’extrémité barbelée alors que CARP ne l’était pas, ce qui donne une image plus claire de la manière dont C-CAP dépolymérise l’extrémité barbelée.

L’équipe a ensuite utilisé la microscopie à molécule unique pour observer les CAP individuels en action. Ils ont visualisé le CAP étiqueté et ont vu qu’il était directement associé aux extrémités barbelées des filaments d’actine ; les filaments avec CAP fluorescent se dépolymérisent rapidement, tandis que ceux sans CAP ne se dépolymérisent que lentement. « Vous voyez qu’un filament qui se dépolymérisait lentement commence immédiatement à se dépolymériser rapidement dès qu’une molécule CAP est visible à la fin », a déclaré Shekhar. Il s’agit d’un pas en avant par rapport à l’article de 2023, dans lequel les chercheurs ont déduit que le CAP avait provoqué la dépolymérisation, mais n’a pas visualisé directement le processus.

Enfin, l’équipe de Shekhar a voulu savoir comment le CAP affectait l’activité d’autres protéines régulatrices de l’actine telles que la formine, qui aide à polymériser l’extrémité barbelée, et la protéine de coiffage, qui arrête l’élongation du filament. Les chercheurs ont découvert que la CAP réduisait la durée de vie de la protéine de coiffage à l’extrémité barbelée. En revanche, lorsque CAP colocalisé avec la formine, la durée pendant laquelle la formine restait sur l’extrémité barbelée augmentait. Cependant, le formine faisait croître les filaments au même rythme, que le CAP soit présent ou non.

Le résultat du formin diffère des conclusions de l’article de 2023, qui révélait que le CAP favorise la dissociation du formin des extrémités barbelées. Guillaume Romet-Lemonne, biologiste moléculaire à l’Institut Jacques Monod, dont le laboratoire de dynamique de l’actine utilise les mêmes techniques que celles présentées dans cet article mais qui n’a pas participé à la recherche, a déclaré qu’il était important de comprendre pourquoi les deux groupes de recherche ont obtenu des résultats différents. « Je cherchais d’abord de petits détails dans le tampon, la préparation et la température. Il pourrait y avoir des choses mineures comme celle-ci qui pourraient finir par avoir un grand effet… Il se pourrait qu’ils aient tous les deux raison et qu’il y ait une différence cachée dans les détails qui s’avère super intéressante. A ce stade, nous ne le savons tout simplement pas », a déclaré Romet-Lemonne.

Field a souligné que la prépublication doit être soumise à un examen par les pairs et qu’il est également nécessaire d’étudier ce processus in vivo. « Nous devons retourner dans la cellule et valider nos découvertes. C’est mon prochain grand objectif », a déclaré Shekhar.

Les références

1. Towsif E, Shekhar S. La protéine associée à la cyclase est une dépolymérase processive anti-coiffage pro-formique de l’actine aux extrémités barbelées et pointues.. bioRxiv. 2023;2023.11.30.569482.
2. Alimov N, et al. La protéine associée à la cyclase interagit avec les extrémités barbelées du fruit d’actine pour favoriser la dépolymérisation et le déplacement de formation. J Biol Chem. 2023;299(12):105367.
3. Champ J et coll. Clonage et caractérisation de CAP, le gène de S. cerevisiae codant pour la protéine associée à l’adénylyl cyclase de 70 kd. Cellule. 1990;61(2):319-327.