La Huntingtine régule l'organisation du cytosquelette durant la croissance axonale

Le vendredi 11 mars 2022, Rémi CARPENTIER soutiendra sa thèse intitulée "La Huntingtine régule l'organisation du cytosquelette durant la croissance axonale".

Cette thèse a été dirigée par Sandrine HUMBERT et co-encadrée par Mariacristina CAPIZZI de l'équipe "Dynamique et Structure du Cytosquelette Neuronal".

Composition du jury :

• Madame Coralie FASSIER, Chargée de Recherche, Institut de la vision - Rapporteure
• Monsieur Alphée MICHELOT, Chargé de recherche, Institut Biologie du développement de Marseille (IBDM) - Rapporteur
• Monsieur Alain BUISSON, Professeur, Grenoble Institut des Neurosciences - Examinateur
• Monsieur Julien COURCHET, Chargé de Recherche, Institut Neuromyogène - Examinateur
• Madame Anne DEBANT, Directrice de Recherche, Centre de Recherceh en Biologie Cellulaire de Montpellier - Examinatrice
• Madame Sandrine HUMBERT, Directrice de Recherche, Grenoble Institut des Neurosciences - Directrice de thèse
• Madame Mariacristina CAPIZZI, Post-Doctorante, Grenoble Institut des Neurosciences - Co-encadrante

Résumé :

La protéine Huntingtine (HTT) est mutée dans la maladie de Huntington (MH), une maladie neurologique. Les symptômes de la MH apparaissent à l’âge adulte mais des données suggèrent que la mise en place de la maladie se fait dès le développement. Notre équipe a montré que la HTT est impliquée dans des étapes précoces du développement cortical, une des structures dégénérant chez les patients atteints de la MH. La HTT contrôle la division des progéniteurs des neurones corticaux et est nécessaire pour la migration et polarisation des neurones nouvellement générés. De plus, le corps calleux présente une densité d’axones réduite dans un modèle murin de la maladie de MH avant toute neurodégénérescence, suggérant que ces fibres de matière blanche sont également altérées. Nous avons émis l’hypothèse que l’atteinte de cette structure cérébrale pourrait être, au moins en partie, due à des défauts développementaux.
Dans ce contexte, mon projet de thèse consiste à étudier le rôle de la HTT dans la croissance axonale. J’ai observé que l’expression de la HTT augmente à des temps correspondant à la croissance axonale de neurones en culture et que la suppression du gène codant pour la HTT conduit à la formation d’axones plus courts, indiquant que la HTT est nécessaire pour une croissance axonale normale. La croissance axonale repose sur les cônes de croissance, localisés au bout des axones, qui contiennent un cytosquelette de microtubules et d’actine très organisé. J’ai montré que la HTT est présente dans les cônes de croissance dans lesquels elle est enrichie au niveau des filopodes contenant des faisceaux de filaments d'actine (F-actine) et à l'interface des microtubules explorateurs et de la F-actine. La réduction des niveaux de HTT altère l’organisation de la F-actine dans les cônes de croissance, diminuant la densité de filopodes et augmente la longueur des microtubules explorateurs, suggérant un découplage de ces microtubules avec le flux rétrograde d’actine. En utilisant des protéines recombinantes purifiées, j’ai montré que la HTT se lie directement à la F-actine et est capable d’établir des faisceaux d’actine en formant des homodimères. La HTT forme des faisceaux avec un espacement entre les filaments d’actine particulier qui diffère de ceux assemblés par d’autres protéines associées à l’actine. Un concept relativement nouveau suggère que l’architecture du réseau de filaments d’actine, ainsi que les changements de conformation induit par l’attachement d’une protéine sur un filament, sont des mécanismes qui influencent l’attachement d’autres protéines et participent donc à l’établissement de sous-domaines sur le réseau d’actine ayant des compositions protéiques spécifiques. L’utilisation d’un système reconstitué in vitro m’a permis de tester si la présence de la HTT sur la F-actine induit l’attachement sélectif d’autres protéines. J’ai pu identifier un protéome spécifique associé aux filaments sur lesquels se trouve la HTT, parmi lequel plusieurs protéines peuvent avoir une fonction dans les cônes de croissance. Mes résultats montrent donc que la HTT joue un rôle dans la croissance axonale des neurones corticaux en agissant sur le cytosquelette d’actine dans les cônes de croissance.
En parallèle, j’ai collaboré à un travail montrant l’existence d’un défaut de la croissance axonale des neurones corticaux projetant dans le corps calleux pendant le développement dans un modèle murin de la MH, conséquence d’une désorganisation du cytosquelette de microtubules dans les cônes de croissance due à l’absence de la protéine Nuclear Mitotic Apparatus protein 1 (NUMA1).
Ainsi, mes travaux de thèse montrent que la HTT est importante pour la croissance axonale des neurones corticaux durant le développement et mettent en valeur un nouveau mécanisme décrivant la HTT comme étant un régulateur du cytosquelette. Ces données invitent la communauté scientifique à prêter une attention particulière à l’intégrité du cytosquelette dans le cadre de la MH.