Identification d'une nouvelle protéine régulatrice du cytosquelette neuronal
La croissance et la fonction des cellules nerveuses reposent sur une structure en forme de treillis appelée squelette périodique associé à la membrane (MPS). Cependant, la manière dont l'organisation du MPS est contrôlée n'avait pas été élucidée jusqu'à présent. Une équipe de l'Institut Max Planck pour la recherche médicale et l'Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires a découvert qu'elle est régulée par la concentration de la protéine paralemmine-1.
Rôle clé de la paralemmine-1 identifié
La nature a développé une structure unique qui sert d'échafaudage à presque toutes les cellules nerveuses : le squelette périodique associé à la membrane (MPS). Cette structure cytosquelettique spécialisée est située sous la membrane cellulaire et se compose de nombreuses protéines disposées de façon périodique. Le MPS est impliqué dans divers processus cellulaires, tels que la signalisation inter- et intracellulaire. À ce jour, de nombreuses protéines qui interagissent avec la MPS ont été identifiées, mais les mécanismes qui sous-tendent son organisation ne sont pas encore totalement compris.
"Notre travail a commencé par la question de savoir si la paralemmine-1 est associée à la MPS dans les neurones", explique Victor Macarrón-Palacios de l'Institut Max Planck (MPI) pour la recherche médicale à Heidelberg. "En fin de compte, nous avons pu montrer que la paralemmine-1 est effectivement associée et qu'elle joue également un rôle clé : Il régule l'organisation de la MPS."
La nanoscopie fournit des informations cruciales
La visualisation de la MPS n'est pas possible avec les techniques de microscopie conventionnelles, mais seulement avec la nanoscopie. Pour leur étude, les scientifiques du MPI for Medical Research ont utilisé une nanoscopie de fluorescence de pointe : la microscopie STED et MINFLUX pour laquelle le directeur de Max Planck, Stefan Hell, a reçu le prix Nobel de chimie en 2014.
Une collaboration entre le MPI pour la recherche médicale et le MPI pour les sciences multidisciplinaires à Göttingen a conduit à ce projet réussi. Manfred W. Kilimann, professeur d'université à la retraite et chercheur invité au MPI pour les sciences multidisciplinaires, a lancé l'étude et a fourni à l'équipe de Heidelberg dirigée par Elisa D'Este les résultats et le matériel compilés dans son laboratoire. Victor Macarrón-Palacios a ainsi pu étudier le cytosquelette neuronal dans le cadre de sa thèse de doctorat. Ces découvertes ont été complétées par des techniques biochimiques et par l'expertise et le soutien de toute l'équipe scientifique : un exemple parfait de collaboration interdisciplinaire et de synergie entre les deux instituts. Des scientifiques des universités de Heidelberg et d'Uppsala (Suède) ont également contribué à ce travail de recherche.
Les chercheurs ont pu montrer que la concentration de paralemmine-1 est d'une importance fondamentale pour le contrôle de l'organisation à l'échelle nanométrique de l'échafaudage périodique du cytosquelette : "Des niveaux élevés de paralemmine-1 entraînent un arrangement périodique extrêmement serré, tandis que des niveaux plus faibles conduisent à un MPS mal organisé", rapporte Manfred W. Kilimann. De plus, l'absence de paralemmine-1 affecte les propriétés électrophysiologiques des neurones, notamment la transmission du signal électrique entre eux. L'équipe a également pu montrer que la capacité de la paralemmine-1 à remplir sa fonction dépend d'un seul acide aminé tryptophane, le W54.
Une compréhension plus approfondie de la famille des protéines paralemmin et de la MPS
"En étudiant la paralemmine-1, nous avons identifié un mécanisme qui régule la structure fine de la MPS dans les neurones", explique Victor Macarrón-Palacios. Dans ce processus, la paralemmine-1 se lie à la protéine ßII-spectrine, un composant majeur du cytosquelette neuronal, dans un domaine qui est sujet à des mutations. Ces mutations sont responsables de troubles du développement neurologique chez l'homme. La fonction et la régulation de la MPS commencent à peine à être connues.
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Publication originale
Victor Macarrón-Palacios, Jasmine Hubrich, Maria Augusta do Rego Barros Fernandes Lima, Nicole G. Metzendorf, Simon Kneilmann, Marleen Trapp, Claudio Acuna, Annarita Patrizi, Elisa D’Este, Manfred W. Kilimann; "Paralemmin-1 controls the nanoarchitecture of the neuronal submembrane cytoskeleton"; Science Advances, Volume 11
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