Régulation de la polarité épithéliale par EFA6, facteur d'échange d'Arf6, et le système ubiquitine-protéasome - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2007

Regulation of the development of the epithelial cell polarity by EFA6, Exchange Factor for Arf6, and the ubiquitin-proteasome system

Régulation de la polarité épithéliale par EFA6, facteur d'échange d'Arf6, et le système ubiquitine-protéasome

Résumé

The correct functioning of the body relies on a large variety of intercellular communication networks (neurotransmitters, hormones, growth factors, lymphokines, adhesion molecules, etc.) extended by the intracellular signaling pathways. The molecular signals in the form of protein ligands are recognized by receptors expressed at the cell surface of the target cell. The binding of the ligand to its cognate receptor stimulates a signal transduction pathway that mediates the functional response. Along the course of my scientific career I have studied several receptor associated signaling pathways, which will be presented during my HDR oral presentation with a particular emphasis on the most recent work.
T lymphocytes recognize their specific antigen by the multi-subunit receptor named the TCR/CD3 complex. The regulation of the expression of the TCR/CD3 complex at the cell surface is essential since the number of receptors stimulated by the specific antigen and the duration of the interaction determine the functional outcome. During my thesis at the Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, I studied the mechanisms that control the cell surface expression of the TCR/CD3 complex and its internalization initiated by ligand binding. This work 1) corroborated that the cell surface expression of the TCR/CD3 complex is dependent on the complete assembly of all its subunits and more importantly, 2) addressed the relationship between TCR/CD3 signaling and internalization stimulated upon ligand binding.
The poly-immunoglobulin receptor (pIgR), expressed by epithelial cells that line the internal cavity of our organs, transports antibodies secreted into the basal environment towards the lumen using a transcytotic route. As such, this receptor continuously supplies the mucosal secretions with antibodies of the pIgA and pIgM subclass. A burst of antibody production in response to infection requires the increased transport of antibodies to the mucosal surfaces to be protected. As a post-doc fellow at the University of California, San Francisco, I contributed 1) to the unraveling of a signaling pathway stimulated by pIgA binding, 2) to enhancing our understanding at the molecular level of the mechanism of action of this signaling pathway and 3) to demonstrating in vivo that this signaling pathway greatly stimulates the transcytosis of large quantities of pIgA.
All epithelium form a physical barrier to prevent the entry of pathogens. They also represent an important area of exchange with the outside environment. To perform their functions, epithelial cells maintain a so-called polarized phenotype with one pole oriented towards the underlying tissues (basal pole) and another one turned towards the lumen (apical pole). These cells must establish physical contacts between each other in order to maintain the cohesive structure of the tissue they form. Cell contacts are mediated by the E-cadherin adhesive molecules which behave as signaling receptors. In particular, they transduce signals to establish and maintain cell polarity. Since joining the Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire, I have uncovered a new signaling pathway arising from the E-cadherin molecules comprising the nucleotide exchange factor, EFA6, and its substrate the small G protein Arf6. This regulatory pathway controls the assembly of the tight junction, a molecular structure that regulates paracellular exchange and contributes to the cell polarity. EFA6 was found to be associated to two downstream signaling pathways that act in a coordinate manner, and which control the organization of the actin cytoskeleton supporting the tight junction. Furthermore, we have found that levels of EFA6 expression were tightly regulated during the development of cell polarity. This post-translational regulation is accomplished by the cytosolic machinery of degradation known as the ubiquitin-proteasome system. We have identified some of the players of this regulatory mechanism and have begun to demonstrate their role in the development and maintenance of epithelial cell polarity. The most recent results point to a role for these proteins in epithelial cancers which are always characterized by a loss of cell polarity.
Le bon fonctionnement de notre organisme repose sur de nombreux réseaux de communication intercellulaires (neurotransmetteurs, hormones, facteurs de croissance, lymphokines, molécules d'adhésion, etc.) prolongés par les voies de signalisation intracellulaires. Les signaux moléculaires sont des ligands reconnus par des récepteurs exprimés à la surface des cellules cibles. La fixation du ligand à son récepteur déclenche des voies de signalisation intracellulaires qui commandent la réponse fonctionnelle. Mes travaux scientifiques m'ont conduit à étudier diverses voies de signalisation intracellulaires qui seront évoquées dans cette HDR avec une emphase particulière sur les études les plus récentes.
Les cellules de la réponse immune cellulaire, les lymphocytes T, reconnaissent leur antigène spécifique à l'aide d'un récepteur multi-protéique, le complexe TCR/CD3. Le contrôle de son expression de surface est essentiel car le nombre de récepteurs stimulés par l'antigène et la durée de cette interaction déterminent la réponse fonctionnelle. Au cours de ma thèse au Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy, j'ai participé à l'étude des mécanismes qui contrôlent l'expression de surface du récepteur et son internalisation suite à l'interaction avec l'antigène. Ces travaux ont permis 1) de corroborer que l'expression de surface du complexe TCR/CD3 est dépendante de l'assemblage complet de toutes les sous-unités qui le composent, 2) et surtout d'aborder le lien entre voies de signalisation associées au complexe TCR/CD3 et son internalisation stimulées par la liaison d'un ligand spécifique.
Le récepteur aux poly-immunoglobulines (pIgR) exprimé à la surface des cellules épithéliales qui tapissent la cavité interne de nos organes transcytose les anticorps sécrétés dans le milieu basal vers le lumen. Ainsi, ce récepteur approvisionne-t-il continuellement les sécrétions mucosales en anticorps (pIgA et pIgM). La forte augmentation de la quantité d'anticorps produits en réponse à une infection nécessite un transport accru de ces anticorps vers les surfaces mucosales à protéger. Pendant mon stage post-doctoral à UCSF (University of California, San Francisco) j'ai contribué 1) à montrer que la liaison des pIgA au pIgR stimulait une voie de signalisation, 2) à décrire au niveau moléculaire le fonctionnement de cette voie de signalisation, 3) à montrer in vivo que cette voie de signalisation stimule fortement la transcytose des pIgAs.
Les épithéliums représentent une barrière à la pénétration d'agents pathogènes mais également une surface d'échange avec le milieu extérieur. Pour accomplir leurs fonctions les cellules épithéliales maintiennent un phénotype polarisé avec un coté orienté vers les tissus sous-jacents (pôle basal) et un autre tourné vers le milieu extérieur (pôle apical). Ces cellules doivent établir entre elles des contacts physiques pour maintenir la cohésion de l'ensemble du tissu qu'elles constituent. Les contacts cellulaires sont assurés par des molécules d'adhésion (E-cadhérine) qui se comportent comme des récepteurs couplés à des voies de signalisation transduisant notamment des signaux qui participent au maintien de la polarité épithéliale. Depuis mon arrivée à l'IPMC (Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire), j'ai mis au jour une nouvelle voie de signalisation associée aux molécules de E-cadhérine qui comprend un facteur d'échange (EFA6) et son substrat la petite protéine G Arf6. Cette voie de régulation contrôle notamment la mise en place de la structure moléculaire, appelée jonction étroite, qui régule les échanges paracellulaires de l'épithélium et contribue à la polarité épithéliale. EFA6, connecté à deux voies de signalisation qui agissent de façon coordonnée, participe à l'organisation du cytosquelette d'actine qui soutient la jonction étroite. Par ailleurs, nous avons trouvé que le niveau d'expression d'EFA6 est étroitement régulé pendant le développement de la polarité. Cette régulation post-traductionnelle est assurée par la machinerie de dégradation cytosolique appelée système ubiquitine-protéasome. Nous avons identifié certains acteurs de cette voie de régulation et commencé de montrer son importance pour le développement et le maintien de la polarité épithéliale. Les résultats les plus récents pointent vers un rôle de ces protéines dans les cancers épithéliaux qui se caractérisent toujours par une perte de la polarité cellulaire.
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Dates et versions

tel-00317619 , version 1 (03-09-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00317619 , version 1

Citer

Frédéric Luton. Régulation de la polarité épithéliale par EFA6, facteur d'échange d'Arf6, et le système ubiquitine-protéasome. Biochimie [q-bio.BM]. Université Nice Sophia Antipolis, 2007. ⟨tel-00317619⟩
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