Role of non-vesicular secretion in neuronal development
Rôle des mécanismes non-vésiculaires de sécrétion impliqués dans la croissance neuritique
Résumé
The growth of neurites during neuronal development requires a massive increase of surface area via the insertion of new proteins and lipids. This event occurs through the fusion of secretory vesicles with the plasma membrane (PM), the final step of the secretory pathway. Recently, non-vesicular transfer of lipids at contacts between endoplasmic reticulum (ER) and PM was shown to contribute to membrane expansion. Members of the ER-integral membrane protein Extended-Synaptotagmin (E-Syt) family have been identified as Ca2+-dependent lipid transfer proteins at ER-PM contact sites, and shown to transfer glycerophospholipids via their lipid binding domains. The laboratory previously found that a novel ER-PM SNARE complex, composed of the ER-resident Sec22b and the neuronal plasmalemmal Stx1, is involved in neurite growth despite being unable to mediate membrane fusion. However, how this complex participates to neurite extension remained to be elucidated. In yeast, Sec22 interacts with lipid transfer proteins of the OSH family, enriched at the ER- PM contacts, supporting a role for Sec22b-populated ER- PM junctions in non-vesicular lipid transport between these bilayers. Based on these observations, our starting hypothesis was that E-Syts-mediated non-vesicular lipid transfer at Sec22b-populated ER-PM contacts, might contribute to neurite growth. The goal of my PhD was to explore this hypothesis with two specific questions: 1-What are the partners of Sec22b complexes which might be involved in the unconventional mechanisms of membrane expansion? 2-What is the mechanism whereby the non-fusogenic SNARE Sec22b/Stx1 complex acts in neuronal development?Here we show that Sec22b interacts with E-Syt2 and Stx1 in PC12 cells and with E-Syt2, E-Syt3 and Stx3 in HeLa cells. Overexpression of E-Syt2 stabilized Sec22b-Stx3 association, whereas silencing of E-Syt2 had the opposite effect. Overexpression of E-Syt2 full length, but not the mutant forms which are unable to transfer lipids or attach to the ER, increased the formation of filopodia particularly in the growing axon. Finally, this effect was inhibited by a clostridial neurotoxin cleaving Stx1, by the expression of Sec22b Longin domain and a by a Sec22b mutant with extended linker between SNARE and transmembrane domains.In conclusion, these results support the hypothesis that Sec22b/Stx1 junctions may contribute to membrane expansion via an interaction with phospholipid transfer proteins like E-Syts.
La croissance des neurites au cours du développement neuronal nécessite une expansion de la membrane plasmique (MP) via l’insertion de nouveaux lipides et protéines. Cet événement se produit à la suite de la fusion des vésicules de sécrétion avec la MP. Cependant, plusieurs études ont montré que le transfert non-vésiculaire de lipides au niveau des sites de contact entre le réticulum endoplasmique (RE) et la MP joue aussi un rôle dans la croissance des cellules. Des membres de la famille de synaptotagmines étendues (E-Syts) ont été identifiés comme protéines de transfert des lipides dépendantes du Ca2+ au niveau des jonctions RE-MP.Nous avons découvert qu’un nouveau complexe SNARE aux sites de contact RE-MP, composé par Sec22b et Stx1, est impliqué dans la croissance des neurites bien qu’il soit incapable de favoriser la fusion membranaire. Cependant, la manière dont ce complexe participe à l’extension des neurites reste à élucider. Chez la levure, Sec22 interagit avec les protéines de transfert des lipides de la famille OSH, enrichis aux sites de contact RE-MP.Sur la base de ces observations, notre hypothèse est que le transfert non-vésiculaire de lipides induit par E-Syts au niveau des jonctions RE-MP contenant Sec22b pourrait contribuer à la croissance neuronale. L’objectif de ma thèse était d’explorer cette hypothèse. Nous montrons que Sec22b interagit avec E-Syt2 et Stx1 dans les cellules PC12 et avec E-Syt2, E-Syt3 et Stx3 dans les cellules HeLa. L’interaction Sec22b/E-Syt2 dépend du domaine Longin de Sec22b. La surexpression des E-Syts stabilise l’association Sec22b/Stx1, alors que l’inactivation des E-Syts provoque l’effet inverse. La surexpression de E-Syt2 de type sauvage, mais pas des mutants incapables de transférer les lipides ou non fixés au RE, augmentent la formation de filopodes axonaux et la ramification de neurites dans les neurones en développement. Cet effet est inhibé par une neurotoxine clostridiale clivant Stx1, par l’expression du domaine Sec22b Longin et par un mutant Sec22b ayant une extension entre les domaines SNARE et transmembranaire.En conclusion, mes résultats soutiennent l’idée que les sites de contact Sec22b/Stx1 contribuent à l’expansion de la MP via une interaction avec des protéines de transfert de phospholipides comme E-Syts.
Origine : Version validée par le jury (STAR)