Recherche de l'équipe SIM

Les cellules musculaires sont soumises en permanence aux stress mécaniques contraction relaxation. La résistance des membranes à ces stress n’est pas complètement comprise à ce jour. Il est cependant établi qu’un réseau de protéines fibreuses sous sarcolemmales, interagit avec la bicouche lipidique et avec des protéines transmembranaires qui elles mêmes sont en lien avec des composants de la matrice extracellulaire. Au coeur de ce réseau intervient la dystrophine, protéine de 427kDa encodée par le plus grand gène humain DMD. L’absence de dystrophine entraîne la myopathie de Duchenne (DMD), pathologie d’origine génétique sévère et aujourd’hui incurable qui affecte un nouveau-né masculin sur 3500. La myopathie de Becker (BMD) est une pathologie génétique moins sévère que la DMD ; elle résulte de l’expression chez les patients de formes tronquées de la dystrophine, lesquelles conservent une partie des propriétés de la protéine native. La connaissance de ces très diverses formes tronquées est à la base du développement des thérapies géniques, qui ont pour objectif l’expression chez les patients DMD de formes de dystrophines raccourcies mais aussi efficaces que possible. A ce jour cependant, la connaissance de la structure de la dystrophine native et des multiples formes tronquées des BMD est très faible. Cette connaissance structurale manquante aujourd’hui est la clé de la capacité d’anticipation des propriétés fonctionnelles de la dystrophine modifiée, et donc du ciblage efficace des thérapies géniques.

 

Notre projet de recherche vise d’une manière générale à la meilleure compréhension des bases moléculaires de la résistance des membranes des cellules musculaires aux stress mécaniques. La dystrophine et ses partenaires, en conditions normales ou pathologiques BMD et DMD, sont les cibles principales de nos travaux de recherche.

L’un de nos résultats majeurs est la mise en évidence d’interactions spécifiques entre certaines parties de l dystrophine et les lipides membranaires. Nous avons montré de plus que la dystrophine crée un lien fonctionnel direct entre la bicouche lipidique et l’actine filamenteuse du cytosquelette (Sarkis et al. 2013).

Figure 1. Effet du complexe dystrophine-actine sur la résistance d’une couche lipidique au cisaillement. La couche lipidique (DOPC:DOPS) a des propriétés basales élastiques. Quand la dystrophine (répétitions 11 à 15) et l’actine Filamenteuse sont progressivement ajoutées, le système devient viscoélastique. La couche lipidique devient 10 fois plus résistante au cisaillement en présence du complexe qu’en présence de la dystrophine seule.

 

Plus récemment, nous avons combiné 1) des résultats expérimentaux obtenus par des méthodes biochimiques et biophysiques telles que le SAXS, à partir de dystrophine native ou de formes tronquées de dystrophine liées à des BMD, 2) des données cliniques obtenues via le réseau de cliniciens français impliqués dans les programmes de suivi des BMD, 3) des données structurales obtenus in silico par dynamique moléculaire (molza et al 2014), pour proposer un

modèle structural de la dystrophine native et de l’une de ses formes pathologiques principales.

Figure 2.  Interactions entre la dystrophine et deux de ses partenaires protéiques, l’actine F et la nitroxyde synthase neuronale nNOS. Les informations structurales pour nNOS et l’actine F sont extraites de la PDB (codes 1qau et 3mfp ou 3g37 respectivement. Les données structurales sur la dystrophine en solution sont obtenues par notre équipe par SAXS et in silico par modélisation par homologie, optimisée par dynamique moléculaire.

 

Nous avons mis clairement en évidence le lien entre l’hétérogénéité des phenotypes des BMDs et la nature physicochimique des fromes de dystrophines tronquées qui leurs sont associées. (Nicolas et al., 2015).

Figure 3. conséquences structurales sur la dystrophine de délétions d’exons causant des myopathies de Becker de sévérités variables.

À gauche : représentation schématique des exons DMD et des protéines correspondantes. La référence “WT” est le fragment de dystrophine comprenant les répétitions 16 à 21 du domaine central, encodées par les exons 42 à 55. Les autres formes correspondent aux conséquences des délétions d’exons indiquées, toutes responsables de BMD de sévérités variables. Sur le schéma, une barre verticale indique une potentielle délétion “en phase” et le signe > indique une succession d’exons “hors phase”. Les numéros des exons nouvellement associés “en phase” suite aux délétions sont notés en rouge. Les protéines exprimées sont représentées sous formes schématiques à gauche et les modèles moléculaires à droite. Ces structures tridimensionnelles sont obtenues in silico par modélisation par homologie.

Plusieurs délétions d’exons ont pour conséquence la formation d’une répétition hybride de structure homologue à une répétition standard en 3 hélices « coiled-coil ». Ces mutations correspondent aux formes les moins sévères de BMD. Par contre, certaines délétions (ex D 45-49) ne permettent pas la structuration de la protéine en motifs standard, avec des conséquences sur les propriétés physicochimies. Cette deuxième série de mutations correspond aux formes les plus sévères de la BMD.

 

Nous avons décrit au niveau moléculaire l’organisation tridimesionnelle d’un complexe entre la dystrophine et son partenaire la nitroxyde synthase nNOS. Nous montrons que certaines mutations BMD ne permettent pas la formation de ce complexe, ceci expliquant la sévérité importante des pathologies associées (Molza et al. 2015).

Figure 4 :  Complexe formé entre les répétitions 16 et 17 de la dystrophine et le domaine PDZ de la nitroxyde synthase.

 

Notre expertise en biologie structurale en lien avec les myopathies est régulièrement sollicitée par des cliniciens, des chercheurs s’intéressant à d’autres aspects de la fonction de la dystrophine (Rau et al., 2015) et des fondations ou associations de patients (Cure Duchenne, AFM).

Souscrire à notre Newsletter