Regulation of the invasion suppressor Arpin by Tankyrases

Régulation du suppresseur d'invasion Arpin par les Tankyrases Le complexe Arp2/3, conservé sur le plan évolutif, joue un rôle central dans la nucléation d’actine branchée, qui entraîne la migration cellulaire, l’endocytose et d’autres processus cellulaire. Récemment, une petite protéine, Arpin, qui inhibe le complexe Arp2/3 au front du lamellipode a été découverte et caractérisée. Sur sa partie C-terminale, Arpin possède un motif acide (A), qui est homologue au motif A des différents NPF (Nucleation Promoting Factor). Il a été prédit qu’Arpin peut se lier à deux sites de liaison au complexe Arp2/3, similaire aux domaines VCA des NPF. Ici, nous utilisons la microscopie électronique de particules uniques pour obtenir une reconstruction 3D du complexe Arp2/3 lié à Arpin, à une résolution de 25 Å. Nous avons montré que la liaison d’Arpin induit la conformation ouverte, standard, du complexe Arp2/3. Nous avons confirmé qu’il y a deux sites de liaison sur le complexe Arp2/3 pour Arpin : un à l’arrière de la sous-unité Arp3, et le second localisé entre les sous-unités Arp2 et ARPC1. La distance entre le complexe Arp2/3 et Arpin (5nm) confirme qu’Arpin interagit avec son partenaire via sa queue acide C-terminale non structurée.Nous avons, ensuite, identifié Tankyrases1/2, comme un nouveau partenaire qui se lie à Arpin, par « pull-down ». De façon intéressante, les sites de liaisons d’Arpin aux Tankyrases et à Arp2/3 se chevauchent. Nous avons, par conséquent, démontré qu’il y a une compétition dose-dépendante entre le domaine ARC4 de Tankyrase1 et le complexe Arp2/3.Pour comprendre les principes de l’interaction entre Arpin et Tankyrases, nous avons créé un mutant d’Arpin (ArpinG218D) qui, in vitro, se lie toujours au complexe Arp2/3, mais plus aux Tankyrases. In vivo, ArpinG218D n’est pas capable d’inhiber le complexe Arp2/3, ce qui suggère que Tankyrase pourrait être nécessaire pour l’interaction entre Arpin et le complexe Arp2/3. Arpin est le facteur responsable du changement de direction des cellules migrantes. Nous avons donc analysé, la migration de cellules MCF10A exprimant soit la forme sauvage d’Arpin (ArpinWT) soit son mutant ArpinG218D en parallèle de la déplétion d’Arpin endogène. Les cellules exprimant ArpinG218D ont une persistance de migration supérieure, similaire à celles déplétées d’Arpin endogène. Nous avons, ainsi, fait l’hypothèse que le mutant ArpinG218D ne peut pas inactiver le complexe Arp2/3 car il n’est pas présent au niveau du lamellipode. Nous avons donc comparé la quantité de protéine d’ArpinWT et d’ArpinG218D dans la fraction membranaire de cellules migrantes. Une différence significative (44%) dans la quantité d’ArpinWT et d’ArpinG218D a confirmé notre hypothèse.Les Tankyrases sont des cibles thérapeutiques dans de nombreux cancers, mais il n’existe pas de modèle structural pour ces protéines grandes et flexibles. Dans ce travail, nous avons, pour la première fois, obtenu deux reconstructions 3D de Tankyrase1 et Tankyrase2 complètes liées à Arpin en utilisant la microscopie électronique de particules uniques. La résolution obtenue (27 Å) a été suffisante pour détecter un changement de conformation dramatique des domaines SAM et PARP de Tankyrase après fixation d’Arpin. Dans notre reconstruction, trois molécules d’Arpin se lient aux domaines ARC1, ARC4 et ARC5 de Tankyrase1. ARC5 a été montré pour être la partie le plus flexible de l’ensemble des domaines ARC.Grâce aux données que nous avons obtenues, nous avons suggéré un modèle de régulation de l’activité d’Arpin par les Tankyrases. Selon notre modèle, les Tankyrases se lient à Arpin dans le cytoplasme, changent sa conformation et amènent Arpin au niveau de la membrane dans le lamellipode. Traduisant les signaux extracellulaires, la GTPase Rac active Arpin, qui séquentiellement inactive le complexe Arp2/3, tandis que les Tankyrases sont libérées.