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Theses Year : 2022

MAP6 : a multifunctional regulator of the cytoskeleton

MAP6 : un régulateur multifonctionnel du cytosquelette

Abstract

From the development of a neuron through morphogenesis and migration to mature stages with plasticity events, all stages of a neuron’s life requires the neuronal cytoskeleton. Actin filaments and microtubules (MT) are the main elements of the cytoskeleton. They are dynamic polymers regulated by associated proteins that helps them assemble, disassemble or stabilize and organize them in specific structures. The Microtubule Associated Protein 6 (MAP6) is known for its unique ability to stabilize neuronal MTs. MAP6 also regulate the actin cytoskeleton in dendritic spines during neuronal plasticity events. MAP6 regulation of the MT and actin cytoskeletons is required for normal neuronal development and function and affects mice behavior and cognitive abilities. As such, MAP6 knock-out mouse is a model of schizophrenia. A precise understanding of how MAP6 interacts and modulates the cytoskeleton was lacking at the molecular level. By using in vitro reconstitution systems, we showed that MAP6 is a MT stabilizer that induces MT coiling. By demonstrating that MT coiling is due to MAP6 localization in the MT lumen, we identified the first neuronal Microtubule Inner Protein (MIP). This discovery paves the way to decipher the physiological role of neuronal MIPs. It is now clear that several proteins involved in either MT or actin regulation are in fact able to regulate both cytoskeletons. By analyzing MT and actin assembly in the presence of MAP6 both in separated and simultaneous systems, we identify MAP6 as the first protein able to promote both MT and actin filament nucleation. Moreover, MT nucleation and MAP6 MIP activities are linked. MAP6 is also structuring the cytoskeleton by forming actin bundles and crosslinking actin filaments with microtubules. Finally, we show that MAP6 isoforms differentially regulate the cytoskeleton through phase separation mechanisms. Overall, the use of minimal reconstitution systems allowed us to demonstrate that MAP6 is a multifunctional regulator of the cytoskeleton.
Du développement d'un neurone, en passant par la morphogenèse et la migration, jusqu'aux stades de maturité avec des événements de plasticité, toutes les étapes de la vie d'un neurone nécessitent le cytosquelette neuronal. Les filaments d'actine et les microtubules (MT) sont les principaux éléments du cytosquelette. Ce sont des polymères dynamiques régulés par des protéines associées qui les aident à s'assembler, à se désassembler ou à se stabiliser et à s'organiser en structures spécifiques. La protéine associée aux microtubules 6 (MAP6) est connue pour sa capacité unique à stabiliser les MTs neuronaux. MAP6 régule également le cytosquelette d'actine dans les épines dendritiques pendant les événements de plasticité neuronale. La régulation par MAP6 des cytosquelettes de MTs et d'actine est nécessaire au développement et au fonctionnement normal des neurones et affecte le comportement et les capacités cognitives des souris. À ce titre, la souris knock-out MAP6 est un modèle de schizophrénie. Une compréhension précise de la manière dont MAP6 interagit et module le cytosquelette faisait défaut au niveau moléculaire. En utilisant des systèmes de reconstitution in vitro, nous avons montré que MAP6 est un stabilisateur des MTs qui induit la formation de MTs hélicoïdaux. En démontrant que la formation de MTs en hélices est due à la localisation de MAP6 dans la lumière des MTs, nous avons identifié la première protéine interne des microtubules (MIP) neuronale. Cette découverte ouvre la voie au décryptage du rôle physiologique des MIPs neuronales. Il est maintenant clair que certaines protéines impliquées dans la régulation des MTs ou de l'actine sont en fait capables de réguler les deux cytosquelettes. En analysant l'assemblage des MTs et de l'actine en présence de MAP6 dans des systèmes séparés et simultanés, nous identifions MAP6 comme la première protéine capable de promouvoir la nucléation des MTs et des filaments d'actine. De plus, la nucléation des MT et les activités MIP de MAP6 sont liées. MAP6 structure également le cytosquelette en formant des faisceaux d'actine et en réticulant les filaments d'actine avec les microtubules. Enfin, nous montrons que les isoformes de MAP6 régulent de manière différentielle le cytosquelette par des mécanismes de séparation de phase. Globalement, l'utilisation de systèmes de reconstitution in vitro nous a permis de démontrer que MAP6 est un régulateur multifonctionnel du cytosquelette.
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Dates and versions

tel-03908040 , version 1 (20-12-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03908040 , version 1

Cite

Camille Cuveillier. MAP6 : a multifunctional regulator of the cytoskeleton. Neurons and Cognition [q-bio.NC]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. English. ⟨NNT : 2022GRALV062⟩. ⟨tel-03908040⟩

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