Maladies génétiques et lamines de type A : apport de la biologie structurale Genetic disorders and type A lamins: insights from structural biology

L’enveloppe nucléaire sépare le nucléoplasme du cytoplasme et organise la structure du noyau dans toutes les cellules eucaryotes. Elle est formée de deux membranes concentriques percées de place en place par des pores nucléaires, qui permettent à certaines molécules d’être activement transportées depuis et vers le cytoplasme. La membrane nucléaire externe est en continuité physique avec le réticulum endoplasmique dont elle partage les fonctions. La membrane nucléaire interne est, quant à elle, associée à un réseau de protéines, la lamina nucléaire, qui est interposé entre la membrane et la chromatine [1]. Cette lamina nucléaire est essentiellement composée des lamines, protéines formant des filaments intermédiaires, et elle interagit avec un certain nombre de protéines ancrées à la membrane nucléaire interne (émerine, LAP2, LBR). La lamina nucléaire fait aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches. Quels sont ses partenaires dans le noyau? Quels rôles jouent l’ensemble de ces protéines dans la résistance mécanique de l’enveloppe nucléaire, l’organisation du noyau et la régulation du cycle cellulaire? Le rôle de la lamina varie-t-il selon le type cellulaire? L’intérêt des chercheurs a été aiguisé par la découverte récente d’un lien entre des mutations de certaines protéines de l’enveloppe nucléaire et des maladies héréditaires. En particulier, il a été montré que la dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss (EDMD) est due à des mutations soit du gène codant pour l’émerine [2], soit du gène codant pour des lamines de type A (lamines A et C) [3]. Le gène codant pour des lamines de type A est également muté dans cinq autres pathologies: (1) deux pathologies de type musculaire, la dystrophie musculaire des ceintures de type IB et la cardiomyopathie dilatée [3]; (2) une pathologie du tissu adipeux, la lipodystrophie de type Dunningan [3]; (3) une pathologie affectant le développement osseux, la dysplasie mandibuloacrale [4]; et (4) une pathologie du nerf périphérique, la maladie de Charcot Marie Tooth 2 [5]. Afin de mieux comprendre l’impact des mutations qui provoquent des pathologies héréditaires sur la structure et la fonction des protéines de l’enveloppe nucléaire, notre groupe s’intéresse à la caractérisation structurale de ces protéines par les approches suivantes: (1) détermination de la structure en solution des protéines dans leurs formes natives et mutées; (2) évaluation de l’impact des mutations sur la stabilité de ces protéines; (3) cartographie des surfaces d’interaction des protéines avec leurs partenaires biologiques; (4) positionnement des mutations par rapport à ces surfaces fonctionnellement importantes; et (5) identification de la structure tridimensionnelle des complexes protéiques auxquels participent des protéines de l’enveloppe nucléaire. Ce travail est mené en étroite collaboration avec des généticiens impliqués dans l’identification des mutations provoquant les différentes pathologies (équipe de Gisèle Bonne, Institut de Myologie, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris) et des biologistes cellulaires qui observent l’impact de ces mutations sur l’organisation et le fonctionnement des noyaux des cellules (équipes de Jean-Claude Courvalin, Institut Jacques Monod, Paris, France, et d’Howard J. Worman, Columbia University, New York, USA) [6]-[7]-[8]. Récemment, nous avons publié la structure tridimensionnelle en solution de la région C-terminale des lamines de type A [9]. La détermination de cette structure a été réalisée à partir de données expérimentales (valeurs des distances inter-proton inférieures à 6 Å) obtenues par résonance magnétique nucléaire du proton, de l’azote et du carbone. Des calculs de modélisation moléculaire ont permis d’identifier une famille de structures tridimensionnelles, toutes très proches les unes des autres, et compatibles avec l’ensemble des données expérimentales. Ces structures, qui reflètent la structure de la protéine en solution, présentent un repliement de type immunoglobuline entre les résidus 430 et 545. La majorité des mutations liées à la dystrophie d’Emery-Dreifuss et à d’autres pathologies de type musculaire touchent des résidus …