Exosomes and unconventional secretion (M. Vidal)

We are interested in unconventional secretion and more specifically in exosome secretion (study of the molecular sorting mechanisms, the physiologic functions of the phenomenon and its hijacking by various pathogens). In contrast to other kinds of extracellular vesicles released by plasma membrane shedding (ectosomes), exosomes are defined as small vesicles (60-80 nm) originating from the endosomal compartment, by membrane budding toward the endosomal lumen. These intraluminal vesicles are released upon fusion of multivesicular endosomes (MVE) with the plasma membrane.


Our previous data obtained on the secretion of reticulocyte exosomes enabled us to release several ideas which constitute the principal screen of our project. These results converge (i) in mechanistic terms, on a sorting process which likely involves the cellular machinery ESCRT, as well as the molecular state of the components in the membrane (aggregation state, association with lipid rafts). We had especially noticed some points occurring during viral budding: e.g. sorting of Gag by the ESCRT complexes, viral proteins gathering in lipid rafts, oligomerization of Gag, routing of Gag towards the plasma membrane depending on rab11, reminiscent of data that we have obtained on protein sorting in the exosomal pathway; (ii) in functional terms, our data are consistent with a role of the secreted vesicles in relation with clearance of undesirable or obsolete molecules. This is perfectly consistent with the major function of MVE: to direct membrane proteins towards lysosomal degradation. The vesicles secreted in the extracellular medium are then likely, at least for part of them, degraded by recipient cells defining what we called an externalized degradation process. This concept of material transfer from one cell to another one via membrane vesicles has probably allowed the selection of pathogenic agents (retrovirus, PrPsc) hijacking this pathway for their benefit.
Research projects

Theme 1: Unconventional secretion of proteasomal particules

In a second project, we investigated the global exosomal response of cells to serum starvation by analyzing the total protein content of secreted exosomes using iTRAQ proteomics. We compared the protein composition of purified exosomes secreted by cells impaired or not for macroautophagy by Atg5 depletion, during serum starvation conditions or complete medium culture. We show that the absence of serum modifies exosomal content, especially inducing secretion of two cytoplasmic protein complexes, namely proteasomal 19S regulatory particle (RP) and components of non-canonical translation preinitiation complex (PIC). This process is enhanced when autophagy is impaired by Atg5 depletion. Moreover, we show that the proteasome 20S core particle (CP) is released in the extracellular space. However, in striking contrast to what is seen for its 19S RP regulator, release is independent of the exosomal vesicles, Atg5 expression and cell culture conditions. Exosome secretion can thus be considered as a cell process that participates in and reflects cell homeostasis, and care must be taken when studying potential extracellular function of exosomes due to the possible co-purification of proteasome 20S CP.

Thème 2: Les récepteurs à domaines immunoglobulines et leur rôle dans l’inflammation chronique

Responsable : Dr. Laure YATIME

Nous nous intéressons aux récepteurs à domaines immunoglobulines impliqués dans le maintien d’un état inflammatoire chronique dans un contexte cancéreux ou infectieux. Nous étudions plus particulièrement les récepteurs activés par des molécules de danger d’origine soit endogène, soit pathogène, et nous cherchons à comprendre comment la reconnaissance de ces ligands par leurs récepteurs spécifiques engendre une réponse pro-inflammatoire favorisant la progression de divers pathologies humaines. Pour ce faire, nous utilisons une approche multidisciplinaire combinant la biochimie, la biologie structurale et la modélisation in vivo chez le poisson zèbre.

Thème 3: Lymphopoïèse

Responsable : Dr. Paul GUGLIELMI

Les similarités de la lymphopoïèse des mammifères et des poissons permettent l´identification de patrons de différenciation et de mécanismes robustes conservés au cours de l´évolution. Nous avons établi, chez le Danio, des lignées transgéniques fluorescentes identifiant les lymphocytes B à toutes les étapes de leur maturation, permettant de tirer parti des avantages de ce modèle en termes d´imagerie sur animaux vivants. L´imagerie confocale a permis d‘établir que la lymphopoïèse B du Danio se fait selon deux voies principales:
1/ l´hématopoïèse classique, dépendante des cellules souches conventionnelles prenant place dans le tissu hématopoïétique caudal puis dans le rein céphalique et
2/ l´hématopoïèse primitive qui provient, à partir de 2,5 jpf, de bourgeons hémogéniques à la surface du sac vitellin.
Nous complétons notre travail d´imagerie par l´analyse du transcriptome des lymphocytes B au cours de leur maturation. Nous cherchons à développer des protocoles d´analyse sur cellules individuelles isolées. Une approche du répertoire anticorps par RNA-Seq complète cette étude.

Thème 4: Dynamique des Introns

Responsables : Dr. Georges LUTFALLA et Dr. Clement METTLING

Les introns marquent les gènes de métazoaires, mais leur rôle dans l’évolution des génomes suscite un débat : Selfish ? exon shuffling ? Leur conservation dans la plupart des espèces prouve leurs extrême stabilité́. L’existence d’espèces indépendantes et éloignées échappant à cette règle prouve qu’ils peuvent bouger et suggère que les autres métazoaires possèdent un mécanisme actif empêchant cette dynamique.
D’après les théories de Wlater Gilbert, les introns sont perdus par recombinaison homologue avec des cDNA reverse transcrits. Nous étudions la dynamique du génome dans un model de souris qui accumule des produits de reversetransription. Nos premiers résultats montrent que notre système est fonctionnel : nous observons des pertes d’introns. Nous allons décrire précisément la dynamique des introns et des rétroéléments dans ce mutant de souris afin d’éclairer expérimentalement la controverse sur la stabilité des introns et leur rôle dans l’évolution.
 

Lire aussi: Structure, fonction et évolution des cytokines à structure hélicale (Responsable: Dr. Georges Lutfalla)
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Michel VIDAL
Research Director (DR) CNRS
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