Architecture Cellulaire

Projets en cours

Décryptage des mécanismes (ultra)structuraux de l'organisation du Golgi (Delnia Nazari Banyarani, Doctorante)

La glycosylation correcte des protéines dans le système endomembranaire est cruciale pour de nombreux processus biologiques, tels que le tri lysosomal, la structuration de la matrice extracellulaire et la transduction des signaux. Une mauvaise glycosylation est associée à la neurodégénérescence, au cancer et aux maladies auto-immunes. Il est donc vital pour les cellules de maintenir l'ordre de leur plaque tournante de modification des glycanes, l'appareil de Golgi.

Dans ce contexte, la matrice de Golgi, de concert avec d'autres acteurs tels que le cytosquelette, guide la distribution des protéines entre les différentes citernes de Golgi, contrôle leur forme et les maintient empilées. Néanmoins, la manière dont la matrice de Golgi elle-même est structurée pour réaliser ces fonctionnalités reste largement inconnue, car l'utilité des approches classiques basées sur la microscopie à fluorescence, la microscopie électronique à température ambiante et la reconstitution in vitro est limitée par la petite taille et la grande complexité du système. Pour y remédier, nous utiliserons la tomographie cryoélectronique in situ de pointe pour visualiser la matrice de Golgi et ses interacteurs. L'application de la moyenne des sous-tomogrammes à des acteurs sélectionnés nous permettra de déterminer leurs structures à une résolution (sub)nanométrique dans leur environnement intracellulaire.
Nous disposerons ainsi d'un cadre (ultra-) structurel pour l'intégration des données orthogonales fournies par les techniques de génétique inverse, de biologie cellulaire et de biochimie. Ensemble, nous utiliserons ces approches pour fournir des informations sans précédent sur la relation structure-fonction de l'organisation de l'appareil de Golgi.

Révéler les structures natives qui sous-tendent le transport des spermatozoïdes (Farzane Falahi, PostDoc)

L'endosperme des céréales est, d'un point de vue calorique, le principal contributeur à la nutrition humaine. La formation de l'endosperme chez les plantes angiospermes dépend de la livraison par le pollen de deux spermatozoïdes (CS) au gamétophyte femelle. Les CS fécondent alors la cellule centrale et l'ovule, donnant naissance à l'endosperme et au zygote. Pour acheminer les CS, le pollen développe une protubérance unique, le tube pollinique, qui peut atteindre plusieurs millimètres de long. Si la croissance et le guidage du tube sont bien compris, nous en savons relativement peu sur la machinerie qui transporte les CS. Étant donné la petite taille et la complexité du système, qui implique de l'actine, des microtubules, des protéines motrices (MP) de myosine et/ou de kinésine, et des compartiments membranaires, une approche capable de visualiser et d'identifier tous les acteurs dans leur arrangement natif est nécessaire pour dévoiler ses secrets.

Ce projet fournira les premiers aperçus (ultra-) structuraux de la machinerie native de transport des CS. L'étude de l'environnement supramoléculaire des CS par l'analyse ultrastructurale quantitative de trois espèces différentes révélera son organisation générale et mettra en évidence les différences évolutives. Nous déterminerons la distribution, l'identité et la structure des MPs qui propulsent les SCs en utilisant le modèle de liaison distinct des kinésines et des myosines sur les filaments du cytosquelette pour conduire les STA. Enfin, pour identifier comment le recrutement des MP est orchestré pour le transport des SC, nous comparerons les filaments proximaux et distaux des SC, en ce qui concerne leur marquage avec des protéines, qui pourraient faciliter ou empêcher la liaison des MP.

Cryo-CLEM labels for minimizing artifacts and background (Deborah Cezar Mendonca, PostDoc)

La tomographie cryo-électronique (cryo-ET) peut fournir des informations ultrastructurales uniques sur l'architecture moléculaire des cellules conservées nativement. En la combinant avec le calcul de la moyenne des sous-tomogrammes (STA), il est possible de déterminer in situ des structures d'une résolution inférieure au nanomètre. Cependant, la localisation des protéines d'intérêt (POI) dans les cellules pendant l'acquisition et le traitement des données reste un goulot d'étranglement pour cette approche. Pour résoudre les structures du complexe Arp2/3 dans son état de jonction de branche, nous avons récemment utilisé son accumulation spécifique dans les lamellipodes et son intégration caractéristique dans les réseaux d'actine pour sélectionner des sites cibles pour les séries d'inclinaison et les positions de particules individuelles, respectivement. Pour les POI, dont la localisation est moins prévisible à partir de la seule morphologie cellulaire, l'utilisation de POI marqués par fluorescence pour la cryo-microscopie électronique et lumineuse corrélative (cryo-CLEM) peut guider la préparation des lamelles et l'acquisition des données. Cependant, les données de la microscopie à fluorescence (FM) ne permettent généralement pas d'identifier les POI dans les tomographies cryo-électroniques en vue d'un traitement ultérieur.
Ainsi, une approche de marquage des protéines dans les deux modalités d'imagerie serait hautement souhaitable. Au mieux, l'étiquette résultante devrait être capable de recruter des fluorophores synthétiques perméables à la membrane pour permettre une détection fiable des POIs à des niveaux d'expression endogènes en FM, résulter en une forte densité de forme unique en cryo-ET, et causer des perturbations négligeables pour la physiologie cellulaire et la fonction de la protéine. Ce projet vise à fournir un système de marquage cryo-CLEM à deux composants codé génétiquement qui puisse répondre à ces exigences difficiles.