La recherche menée au sein de l’équipe Trafic endocytique et ciblage intracellulaire porte sur les mécanismes par lesquels les glycanes régulent la dynamique surfacique des protéines de la membrane plasmique et leur distribution intracellulaire polarisée, ainsi que sur leur rôle dans l’entrée des agents pathogènes dans les cellules. Nous exploitons également ces principes afin de développer des stratégies d’adressage intracellulaire pour l’immunothérapie.
L’endocytose permet l’internalisation de substances extracellulaires et de récepteurs de surface au moyen de structures tubulaires ou vésiculaires. Notre équipe a découvert un mécanisme par lequel des invaginations endocytiques tubulaires sont générées grâce à l’interaction de lectines oligomériques avec les glycanes d’une classe particulière de lipides glycosylés, les glycosphingolipides (GSL)(1,2). Des lectines pathogènes exploitent ce mécanisme pour induire l’internalisation dépendante des GSL de toxines bactériennes (par exemple, la toxine de Shiga et la toxine cholérique) et de virus animaux (par exemple, les polyomavirus)(3). Des lectines endogènes, appelées galectines, assurent quant à elles l’internalisation dépendante des GSL de cargos glycoprotéiques, notamment des molécules d’adhésion cellulaire (par exemple, les intégrines et CD44) et des récepteurs scavengers (par exemple, LRP1)(4). Dans les deux cas, l’internalisation des cargos s’effectue indépendamment de la machinerie canonique d’endocytose médiée par la clathrine. Nous avons introduit le terme d’endocytose GlycoLipid–Lectin (GL-Lect) pour désigner ce processus d’internalisation distinct (5, Figure1).
Axes de recherche thématiques
Un premier axe majeur de nos recherches actuelles vise à élucider les principes structuraux, moléculaires et physiopathologiques qui régissent l’endocytose GL-Lect, avec un intérêt particulier pour le trafic polarisé à travers les entérocytes intestinaux, la plasticité épithélio-mésenchymateuse dans le cancer du sein et les points de contrôle immunitaires dans le carcinome épidermoïde de la tête et du cou (HNSCC). Pour répondre à ces questions, nous combinons des approches d’imagerie de pointe, notamment la microscopie à feuille de lumière en réseau (lattice light-sheet microscopy) (6, 7, 8), la microscopie d’orientation de fluorescence et l’imagerie spectrale, avec la reconstitution de protéines membranaires (9, 10), la microscopie électronique cryogénique (6), l’origami d’ADN (11), des analyses multi-omiques, des systèmes d’organoïdes et des modèles murins génétiquement modifiés.
Figure 1 : Hypothèse GL-Lect pour la construction de fosses endocytaires entraînées par la galectine-3 (Gal3) dans la biogénèse de porteurs indépendants de la clathrine (CLIC). Monomeric Gal3 est recruté sur les membranes en se liant aux protéines glycosylées de la cargaison, telles que CD44 et a5β1-integrin. Le Gal3 lié à la membrane oligomérise et acquiert la capacité de liaison des glycosphingolipides fonctionnels (GSL), conférant aux complexes Gal3/GSL des propriétés actives de courbure, c’est-à-dire la capacité à induire et/ou à détecter la courbure de la membrane. Les cargaisons et les lipides glycosylés sont ensuite regroupés dans des fosses endocytaires tubulaires à partir desquelles des porteurs indépendants de la clathrine (CLIC) sont formés pour l’absorption endocytaire dans les cellules. Tiré de Lakshminarayan et al, 2014, Nature Cell Biology 16 : 595-606
Un deuxième axe majeur de notre programme de recherche concerne la chémobiologie. Nous identifions des modulateurs de faible poids moléculaire du métabolisme des GSL comme candidats thérapeutiques pour les maladies de surcharge lysosomale. Nous identifions leurs cibles cellulaires, élucidons leurs mécanismes d’action moléculaires et cellulaires et évaluons leur efficacité thérapeutique dans des modèles murins de ces maladies. En parallèle, nous développons des outils chimiques de synthèse permettant de reconstituer et d’étudier fonctionnellement les GSL dans des contextes physiologiques et pathologiques, avec un intérêt particulier pour le cancer et l’immunité.
Un troisième axe majeur de recherche exploite des ligands des GSL afin de favoriser l’adressage intracellulaire ciblé de peptides et de protéines antigéniques vers les cellules présentatrices d’antigènes professionnelles, à savoir les cellules dendritiques. Notre objectif est d’induire une modulation de la réponse immunitaire au niveau des surfaces muqueuses, permettant ainsi une vaccination préventive et durablecontre des maladies infectieuses telles que la COVID-19, ainsi qu’une vaccination thérapeutique contre des cancers des muqueuses, notamment les cancers du poumon et de l’estomac. À cette fin, nous développons des plateformes vaccinales reposant sur l’ARNm ou sur des sous-unités protéiques. Ces travaux comprennent notamment la synthèse chimique de notre vecteur STxB ciblant les cellules dendritiques, une protéine de 69 acides aminés que nous assemblons in vitro sous sa forme homopentamérique.
Figure 2. Transport de la toxine Shiga à l'intérieur des cellules. À gauche : la toxine Shiga (STx) est composée d'un homopentamère STxB (en vert) et d'une sous-unité catalytique A (en rouge). La STxB se lie au glycosphingolipide Gb3 (non représenté) au niveau de la membrane plasmique des cellules cibles, s'agrège, induit une courbure de la membrane, la formation de fossettes endocytiques, puis la génération de vésicules indépendantes de la clathrine pour le transport de la toxine vers les endosomes précoces. De là, les holotoxines sont transportées par une voie rétrograde vers le réticulum endoplasmique (RE), via l'appareil de Golgi. La sous-unité A catalytique est ensuite translocée vers le cytosol où elle inhibe la biosynthèse des protéines en modifiant les ARN ribosomiques (non représentés). À droite : dans les vaccins à base de STxB (en vert), la STxB modifiée est liée par des liaisons covalentes à l’antigène (en bleu). Le processus d’endocytose se déroule de la même manière que pour l’holotoxine Shiga. Bien que les conjugués STxB-antigène subissent également un trafic rétrograde (non représenté), une petite fraction d’entre eux s’échappe de la lumière des endosomes pour atteindre le cytosol (évasion endosomale). C’est là que les protéasomes traitent les antigènes pour générer des peptides antigéniques, qui sont ensuite importés dans la lumière du réticulum endoplasmique (ou des compartiments de traitement endo/phagosomaux ; non représenté) pour être chargés sur des molécules du CMH de classe I, puis présentés à la membrane plasmique aux lymphocytes T CD8+, Toxins (Basel). 2022 Mar 10;14(3):202.
