Des « velcros » cellulaires sous contrôle

Bioingénieure, Louise Thines a réalisé une thèse en biologie moléculaire et cellulaire à l’UCLouvain avant de poursuivre ses recherches pendant trois ans et demi à Washington, aux États-Unis. Elle a ensuite rejoint l’Université de Namur pour un nouveau postdoctorat dans le laboratoire du professeur Henri-François Renard, avec le soutien d’un financement MSCA.

Dans les tissus, la cellule interagit perpétuellement avec ses voisines et avec son environnement. Certaines protéines présentes dans sa membrane participent directement à ces interactions. C’est le cas des molécules d’adhésion cellulaire, souvent désignées par l’acronyme anglais CAMs, pour Cell Adhesion Molecules.

Ces CAMs peuvent être comparées à de petits velcros moléculaires qui contribuent à maintenir des cellules en contact. Elles participent aussi à la transmission de signaux vers l’intérieur de la cellule et peuvent influencer son organisation, son déplacement ou encore ses interactions avec les cellules voisines. Afin de contrôler ces interactions, la cellule peut ajouter certaines protéines à sa membrane, les déplacer, les recycler ou les retirer. L’un des mécanismes utilisés pour les faire entrer à l’intérieur de la cellule est l’endocytose.

Les CAMs jouent un rôle important dans la capacité des tissus à se construire, se renouveler et se réparer. Au cours du développement embryonnaire ou de la cicatrisation, par exemple, certaines cellules doivent modifier leurs contacts avec leurs voisines pour pouvoir changer de position et participer au remodelage du tissu. En ajustant les molécules d’adhésion présentes à leur surface, elles peuvent renforcer certains contacts, en relâcher d’autres et devenir plus mobiles. Cette capacité à modifier les adhérences entre cellules est indispensable au fonctionnement normal de l’organisme.

Pendant le processus d'endocytose, la membrane cellulaire se déforme autour d’une molécule présente à sa surface. Elle forme progressivement un puits qui finit par se refermer à l’intérieur de la cellule sous la forme d’une petite vésicule. 

L'endocytose de la cellule peut s'effectuer via plusieurs "voies". Un peu comme un bâtiment doté de plusieurs types de portes actionnées par des mécanismes faisant appel à des technologies différentes. 

La voie la mieux décrite aujourd'hui fait notamment intervenir une protéine appelée clathrine qui, grâce à sa structure, force la membrane de la cellule à se courber vers l'intérieur jusqu'à former une vésicule. Mais toutes les molécules ne suivent pas cette route.En 2020, des travaux de Henri-François Renard Renard ont mis en évidence une autre voie d'endocytose. Celle-ci fonctionne indépendamment de la clathrine et fait intervenir notamment l’endophiline-A3 pour faire pénétrer les molécules d'adhésion à l'intérieur de la cellule.

C’est cette mécanique encore imparfaitement comprise qui se trouve au cœur du projet de Louise.

Pourquoi c'est vraiment important ? Parce que dans certains cancers, des cellules tumorales peuvent perdre en adhésion, acquérir une plus grande capacité de migration et envahir les tissus voisins. Ce processus participe aux différentes étapes pouvant conduire à la formation de métastases. Comprendre comment les CAMs sont retirées ou maintenues à la surface des cellules permet donc aussi de mieux comprendre certains mécanismes associés à la progression tumorale. De plus, certains virus peuvent utiliser les velcros CAMs en s'y collant pour pouvoir rentrer dans nos cellules. Pouvoir cibler la porte d'entrée des CAMs pourrait donc être une stratégie intéressante pour contrer certaines maladies virales.

Louise cherche à déterminer comment cette voie d’endocytose fonctionne au niveau moléculaire. Quels acteurs interviennent ? Comment coopèrent-ils ? Qu’est-ce qui déclenche l’internalisation d’une molécule d’adhésion au sein de la cellule ? Que se passe-t-il lorsque l’on perturbe l’un des éléments qui interviennent dans ce mécanisme ?

Louise étudie notamment la protéine "velcro" CD166, une molécule d’adhésion (CAM) présente à la surface de différentes cellules.

Pour comprendre ce qui se passe, Louise travaille sur des cellules cancéreuses humaines cultivées en laboratoire.

Elle peut modifier l’activité ou l’abondance de protéines soupçonnées de participer au mécanisme, à l’aide d’outils génétiques ou de composés chimiques. Elle observe ensuite les conséquences de ces perturbations.

La microscopie occupe ici une place centrale. Grâce à des marqueurs fluorescents, il devient possible de visualiser différentes protéines dans les cellules et de suivre leur localisation. Louise peut ainsi observer simultanément l’endophiline-A3 et les molécules d’adhésion qui ont été internalisées dans le cytoplasme de la cellule.

Les images ne servent pas uniquement à illustrer l’expérience. Elles deviennent des données que la chercheuse peut quantifier et comparer afin de déterminer si une modification expérimentale accélère, ralentit ou perturbe l’endocytose.

Pour mieux comprendre les mécanismes de cette voie d'endocytose, Louise cherche également à identifier d’autres protéines susceptibles d’intervenir dans son fonctionnement.

En collaboration avec l’Université de Genève, elle teste pour cela des centaines de composés chimiques capables d’agir sur différentes protéines de la cellule. Après chaque traitement, des images sont acquises automatiquement au microscope afin d’observer si le processus d'endocytose est modifié. La plupart des composés testés n’auront probablement aucun effet particulier. Mais si l’un d’eux ralentit ou perturbe nettement le mécanisme, c’est surtout la protéine qu’il cible qui devient intéressante : elle pourrait participer, directement ou indirectement, à cette voie d’endocytose. Des analyses complémentaires sont alors nécessaires pour vérifier son rôle. Ces composés constituent ainsi de précieux outils pour la recherche. En bloquant une protéine et en observant les conséquences sur la cellule, les chercheurs peuvent progressivement comprendre sa fonction.

Certaines molécules capables de moduler cette voie pourraient aussi, à plus long terme, ouvrir des pistes vers de nouvelles stratégies thérapeutiques. À ce stade, il ne s’agit toutefois pas encore de médicaments : entre l’identification d’un composé actif sur des cellules en culture et le développement d’un traitement, de nombreuses étapes de recherche restent nécessaires.

Au-delà de ses applications possibles, le projet de Louise Thines touche à une question fondamentale de biologie cellulaire.

Les modèles classiques ont longtemps permis de décrire quelques grandes voies utilisées par les cellules pour internaliser les éléments se trouvant à leur surface. La découverte et l’étude de mécanismes indépendants de la clathrine montrent aujourd’hui un paysage plus diversifié. Comprendre cette diversité permet de mieux saisir comment une cellule contrôle en permanence son interface avec son environnement et adapte son comportement.

Le financement MSCA permet à Louise de poursuivre cette exploration, de développer de nouvelles approches expérimentales et de renforcer des collaborations internationales. Les résultats devraient notamment contribuer à préciser le fonctionnement de cette voie d’endocytose et à identifier de nouvelles molécules capables de la moduler.