Fonctions non-conventionnelles des pores nucléaires

Valérie DOYE 

Les pores nucléaires (NPCs, nuclear pore complexes) sont des structures élaborées, ancrées dans l’enveloppe nucléaire et composées de copies multiples d’environ 30 protéines différentes appelées nucléoporines (Nups). Notre équipe vise à caractériser, au-delà de leur fonction bien établie dans le transport entre le cytoplasme et le noyau, les fonctions non conventionnelles des nucléoporines, notamment dans la différenciation cellulaire au cours du développement, l’organisation de la chromatine et la mitose. Ces travaux devraient contribuer à la compréhension des mécanismes par lesquels des mutations ou une mauvaise régulation de ces nucléoporines conduisent à diverses pathologies.

Mots-clés : pores nucléaires, enveloppe nucléaire, chromatine, différenciation, cycle cellulaire

+33 (0)1572780060    valerie.doye(at)ijm.fr    @DoyeValerie

Les pores nucléaires (NPCs, nuclear pore complexes) sont des structures élaborées, ancrées dans l’enveloppe nucléaire et composées de copies multiples d’environ 30 protéines différentes appelées nucléoporines (Nups).

Nos travaux antérieurs ont contribué à la caractérisation d’un sous-complexe structural majeur des NPCs, le complexe Nup107-160 (aussi appelé “Y-complexe“, Figure 1), et à mettre en évidence son rôle dans l’assemblage des NPCs, sa contribution aux différentes étapes de la progression mitotique, et son implication dans la différenciation des cellules souches embryonnaires.

Figure 1: Représentation schématique d’un pore nucléaire et des nucléoporines qui composent le Y-complexe.

Nous poursuivons actuellement l’étude des fonctions, de la régulation et des partenaires directs de ces nucléoporines dans ces activités ” non conventionnelles “. Pour ce faire, nous utilisons des approches d’imagerie, de biochimie et de génétique (stratégies CRISPR/Cas9), principalement dans des cellules souches pluripotentes murines et humaines (mESCs et hiPSCs) et leurs dérivés différenciés en 2D et 3D.

 

Projet 1 : Implication des nucléoporines du Y-complexe  dans la différenciation des cellules souches embryonnaires murines (mESCs)

Notre équipe a précédemment montré que plusieurs Nups du Y-complexe, à savoir Nup133, Seh1 et Nup43, ne sont pas requises pour la viabilité des cellules souches embryonnaires de souris (mESCs) à l’état pluripotent mais sont nécessaires à leur survie lors des étapes précoces de leur différenciation (Lupu et al., 2008 ; Gonzalez-Estevez, Verrico et al., 2021). Par ailleurs, nous avons démontré que dans les mESCs, Nup133 est nécessaire pour l’assemblage correct du panier du pore nucléaire (Souquet et al., 2018) alors que les mutations touchant les composants du bras court du Y-complexe  (Nup85, Seh1 et Nup43) affectent la densité des NPCs (Gonzalez-Estevez, Verrico et al., 2021).

Figure 2 : Etude des pores nucléaires dans les progéniteurs neuraux dérivés de mESCs exprimant différents niveaux de GFP-Nup133 (en bleu), et marquées avec des anticorps dirigés contre Nup153 (en rouge) et TPR (en vert). Barre d’échelle, 10 µm.

Enfin, une approche par RNA-seq a permis d’identifier des gènes cibles régulés par Nup133 au cours d’étapes précoces de la différenciation neuronale (résultats non publiés de notre équipe, en collaboration avec le laboratoire de génomique de l’IBENS, Paris, France).  Nous validons actuellement ces gènes cibles et caractérisons les mécanismes par lesquels le Y-complexe  contribue à leur régulation.

 

 

Projet 2 : Mécanismes moléculaires et cellulaires conduisant à la microcéphalie et/ou aux syndromes néphrotiques.

Au cours des dernières années, plusieurs équipes ont identifié des mutations dans les gènes codant pour les nucléoporines du Y-complexe, chez des patients présentant une maladie rénale précoce et sévère (syndrome néphrotique résistant aux stéroïdes, SRNS), et/ou des troubles du développement neurologique, principalement la microcéphalie. Cependant, on ne comprend pas actuellement pourquoi des mutations dans ces Nups exprimées de manière ubiquitaire conduisent à des pathologies affectant principalement le rein et/ou le cerveau.

Pour aborder cette question, nous utilisons soit des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs) générées à partir de cellules sanguines de patients présentant des mutations dans les gènes codant pour des Nups (collaboration avec C. Antignac et la plateforme iPSCs de l’Institut Imagine), soit des iPSCs provenant d’individus sains dans lesquelles des mutations sont introduites par édition du génome (avec l’aide de la plateforme enSCORE – labex who am I ?).

Afin d’étudier les fonctions impactées dans des organes ou des types cellulaires pertinents au regard des pathologies étudiées, les iPSCs sont ensuite différenciées en organoïdes cérébraux (avec l’aide de la plateforme enSCORE) (Figure 3) ou rénaux (en collaboration avec l’équipe de C. Antignac et G. Mollet, Institut Imagine ).

Nous étudions ensuite, dans les cellules pluripotentes et dans les organoïdes qui en sont dérivés,  l’impact de ces mutations sur l’assemblage des NPCs, le transport nucléaire, la division et la migration cellulaire, et la régulation des gènes. Nous cherchons également à caractériser les partenaires de ces nucléoporines  qui pourraient expliquer les altérations tissus-spécifiques observées chez les patients.

Ces travaux devraient contribuer à la compréhension des mécanismes par lesquels des mutations ou une mauvaise régulation de ces nucléoporines conduisent à diverses pathologies.

Figure 3: Cryosection d’un organoïde cérébral au jour 38 de différenciation

 

Modèles : cellules souches pluripotentes (mESCs et hiPSCs), organoïdes, lignées cellulaires primaires et cancéreuses

Méthodes : édition du génome, différenciation cellulaire, imagerie cellulaire, transcriptomique, biochimie.

Responsable :

Valérie DOYE
Téléphone : +33 (0)157278060
valerie.doye(at)ijm.fr

Membres de l’équipe :

Stéphanie BOLHY – Ingénieure en biologie

Roger KARESS – Directeur de recherche émérite

Clarisse ORNIACKI – Doctorante

Natacha RAICH – Chercheure

Annalisa VERRICO – Post-doctorante

Integrity of the short arm of the nuclear pore Y-complex is required for mouse embryonic stem cell growth and differentiation.  Gonzalez-Estevez A, Verrico A, Orniacki C, Reina-San-Martin B, Doye V. J Cell Sci. 2021 May 15;134(10):jcs258340. doi: 10.1242/jcs.258340.  PMID: 34037234

Moderate Nucleoporin 133 deficiency leads to glomerular damage in zebrafish.  Cianciolo Cosentino C, Berto A, Pelletier S, Hari M, Loffing J, Neuhauss SCF, Doye V. Sci Rep. 2019 Mar 18;9(1):4750. doi: 10.1038/s41598-019-41202-4. PMID: 30894603

Nup133 Is Required for Proper Nuclear Pore Basket Assembly and Dynamics in Embryonic Stem Cells.  Souquet B, Freed E, Berto A, Andric V, Audugé N, Reina-San-Martin B, Lacy E, Doye V. Cell Rep. 2018 May 22;23(8):2443-2454. doi: 10.1016/j.celrep.2018.04.070. PMID: 29791854

Disentangling the molecular determinants for Cenp-F localization to nuclear pores and kinetochores.  Berto A, Yu J, Morchoisne-Bolhy S, Bertipaglia C, Vallee R, Dumont J, Ochsenbein F, Guerois R, Doye V. EMBO Rep. 2018 May;19(5):e44742. doi: 10.15252/embr.201744742.  PMID: 29632243

Probing nuclear pore complex architecture with proximity-dependent biotinylation.  Kim DI, Birendra KC, Zhu W, Motamedchaboki K, Doye V, Roux KJ. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Jun 17;111(24):E2453-61. doi: 10.1073/pnas.1406459111.  PMID: 24927568

Dynein recruitment to nuclear pores activates apical nuclear migration and mitotic entry in brain progenitor cells.  Hu DJ, Baffet AD, Nayak T, Akhmanova A, Doye V, Vallee RB. Cell. 2013 Sep 12;154(6):1300-13. doi: 10.1016/j.cell.2013.08.024. PMID: 24034252

A Nup133-dependent NPC-anchored network tethers centrosomes to the nuclear envelope in prophase.  Bolhy S, Bouhlel I, Dultz E, Nayak T, Zuccolo M, Gatti X, Vallee R, Ellenberg J, Doye V. J Cell Biol. 2011 Mar 7;192(5):855-71. doi: 10.1083/jcb.201007118. PMID: 21383080

Nuclear pore composition regulates neural stem/progenitor cell differentiation in the mouse embryo.  Lupu F, Alves A, Anderson K, Doye V, Lacy E. Dev Cell. 2008 Jun;14(6):831-42. doi: 10.1016/j.devcel.2008.03.011. PMID: 18539113

The human Nup107-160 nuclear pore subcomplex contributes to proper kinetochore functions.  Zuccolo M, Alves A, Galy V, Bolhy S, Formstecher E, Racine V, Sibarita JB, Fukagawa T, Shiekhattar R, Yen T, Doye V. EMBO J. 2007 Apr 4;26(7):1853-64. doi: 10.1038/sj.emboj.7601642. PMID: 17363900

The conserved Nup107-160 complex is critical for nuclear pore complex assembly.  Walther TC, Alves A, Pickersgill H, Loïodice I, Hetzer M, Galy V, Hülsmann BB, Köcher T, Wilm M, Allen T, Mattaj IW, Doye V. Cell. 2003 Apr 18;113(2):195-206. doi: 10.1016/s0092-8674(03)00235-6. PMID: 12705868

Depuis 2015 :

Integrity of the short arm of the nuclear pore Y-complex is required for mouse embryonic stem cell growth and differentiation.  Gonzalez-Estevez A, Verrico A, Orniacki C, Reina-San-Martin B, Doye V. J Cell Sci. 2021 May 15;134(10):jcs258340. doi: 10.1242/jcs.258340.  PMID: 34037234

Immunostaining of Whole-Mount Drosophila Testes for 3D Confocal Analysis of Large Spermatocytes.  Raich N, Contremoulins V, Karess RE. J Vis Exp. 2020 Aug 27;(162). doi: 10.3791/61061. PMID: 32925873

Mutations in the Drosophila rough deal gene affecting RZZ kinetochore function.  Menant A, Karess RE. Biol Cell. 2020 Oct;112(10):300-315. doi: 10.1111/boc.201900105.  PMID: 32602944

Moderate Nucleoporin 133 deficiency leads to glomerular damage in zebrafish.  Cianciolo Cosentino C, Berto A, Pelletier S, Hari M, Loffing J, Neuhauss SCF, Doye V. Sci Rep. 2019 Mar 18;9(1):4750. doi: 10.1038/s41598-019-41202-4. PMID: 30894603

Mad1 influences interphase nucleoplasm organization and chromatin regulation in Drosophila.  Raich N, Mahmoudi S, Emre D, Karess RE. Open Biol. 2018 Oct 17;8(10):180166. doi: 10.1098/rsob.180166. PMID: 30333236

Nup133 Is Required for Proper Nuclear Pore Basket Assembly and Dynamics in Embryonic Stem Cells.  Souquet B, Freed E, Berto A, Andric V, Audugé N, Reina-San-Martin B, Lacy E, Doye V. Cell Rep. 2018 May 22;23(8):2443-2454. doi: 10.1016/j.celrep.2018.04.070. PMID: 29791854

Disentangling the molecular determinants for Cenp-F localization to nuclear pores and kinetochores.  Berto A, Yu J, Morchoisne-Bolhy S, Bertipaglia C, Vallee R, Dumont J, Ochsenbein F, Guerois R, Doye V. EMBO Rep. 2018 May;19(5):e44742. doi: 10.15252/embr.201744742.  PMID: 29632243

Regulation of Cenp-F localization to nuclear pores and kinetochores.  Berto A, Doye V. Cell Cycle. 2018;17(17):2122-2133. doi: 10.1080/15384101.2018.1520569. PMID: 30198378

Channel Nucleoporins Recruit PLK-1 to Nuclear Pore Complexes to Direct Nuclear Envelope Breakdown in C. elegans.  Martino L, Morchoisne-Bolhy S, Cheerambathur DK, Van Hove L, Dumont J, Joly N, Desai A, Doye V, Pintard L. Dev Cell. 2017 Oct 23;43(2):157-171.e7. doi: 10.1016/j.devcel.2017.09.019. PMID: 29065307

Formation of Nup98-containing nuclear bodies in HeLa sublines is linked to genomic rearrangements affecting chromosome 11.  Romana S, Radford-Weiss I, Lapierre JM, Doye V, Geoffroy MC. Chromosoma. 2016 Sep;125(4):789-805. doi: 10.1007/s00412-015-0567-0.  PMID: 26685999

Spindle assembly checkpoint inactivation fails to suppress neuroblast tumour formation in aurA mutant Drosophila.  Caous R, Pascal A, Romé P, Richard-Parpaillon L, Karess R, Giet R. Nat Commun. 2015 Nov 16;6:8879. doi: 10.1038/ncomms9879. PMID: 26568519

Nup133 Is Required for Proper Nuclear Pore Basket Assembly and Dynamics in Embryonic Stem Cells. Souquet B, Freed E, Berto A, Andric V, Audugé N, Reina-San-Martin B, Lacy E, Doye V. Cell Rep. 2018 May 22;23(8):2443-2454. doi: 10.1016/j.celrep.2018.04.070. PMID: 29791854

Intranuclear dynamics of the Nup107-160 complex.  Morchoisne-Bolhy S, Geoffroy MC, Bouhlel IB, Alves A, Audugé N, Baudin X, Van Bortle K, Powers MA, Doye V. Mol Biol Cell. 2015 Jun 15;26(12):2343-56. doi: 10.1091/mbc.E15-02-0060.  PMID: 25904327

RZZ and Mad1 dynamics in Drosophila mitosis.  Défachelles L, Raich N, Terracol R, Baudin X, Williams B, Goldberg M, Karess RE. Chromosome Res. 2015 Jun;23(2):333-42. doi: 10.1007/s10577-015-9472-x.  PMID: 25772408

A maternal effect rough deal mutation suggests that multiple pathways regulate Drosophila RZZ kinetochore recruitment. Défachelles L, Hainline SG, Menant A, Lee LA, Karess RE. J Cell Sci. 2015 Mar 15;128(6):1204-16. doi: 10.1242/jcs.165712.  PMID: 25616898

Nuclear pore targeting of the yeast Pom33 nucleoporin depends on karyopherin and lipid binding.  Floch AG, Tareste D, Fuchs PF, Chadrin A, Naciri I, Léger T, Schlenstedt G, Palancade B, Doye V. J Cell Sci. 2015 Jan 15;128(2):305-16. doi: 10.1242/jcs.158915.  PMID: 25413348

Clarisse Orniacki (01/10/2018 – en cours) –  Université Paris Cité.

[Les pores nucléaires dans le développement et les pathologies: rôle de Nup133 dans la régulation des gènes lors de la différenciation neuronale].

Nuclear pores in development and disease: role of Nup133 in gene regulation upon neuronal differentiation.

Alba Gonzalez-Estevez (01/10/2016 19/12/2019) – Université Paris Diderot

[À la frontière entre division et différenciation cellulaire : rôle de Seh1 dans les cellules souches embryonnaires de souris]

On the edge between cell division and cell differentiation: role of Seh1 in mouse embryonic stem cells

Alessandro Berto (01/10/2013 – 11/12/2017) – Université Paris-Saclay

[Implication de la sous-unité Nup133 des pores nucléaires dans la division et la différenciation cellulaires : partenaires et mécanismes]

Implication of the Nup133 subunit of nuclear pores in cell division and differentiation: partners and mechanisms

Aurélie Floch (01/10/2010 – 26/09/2014)Université Paris-Sud

Mécanismes d’adressage de Pom33, protéine transmembranaire associée aux pores nucléaires chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Anne CHADRIN (01/10/2006 – 02/07/2010) -Université Paris XI

Analyses fonctionnelles d’une nouvelle protéine de l’enveloppe nucléaire chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Michela ZUCCOLO (01/09/2005- 19/07/2008) -Université Paris XI

Implication du complexe Nup107-160 des pores nucléaires dans l’entrée, la progression et la sortie de mitose.

Annabelle Alves (01/09/2001- 01/07/2005) -Université Paris XI- Orsay

Analyse fonctionnelle du complexe NUP107-160 des pores nucléaires au cours du cycle cellulaire des vertébrés

Siau Wei BAï (01/09/2000 – 10/12/2004)- Université Paris XI- Orsay

Caractérisation fonctionnele du complexe Nup107: un sous-complexe protéique du pore nucléaire chez la levure Schizoszaccharomyces pombe

Naïma BELGAREH (01/09/ 1995- 27/09/1999) – Université Paris VI

Etude de l’assemblage et de la dynamique des pores nucléaires

Collaborations en cours :

Martin BECK,  Max Planck Insitute of Biophysics, Frankfurt, Germany

Corinne ANTIGNAC et Géraldine MOLLET, Institut Image, Paris, France;

Brian BURKE, IMB, A*Star, Singapore;

Andreas SCHEDL, Institut de Biologie Valrose, Nice, France;

Fanny COULPIER and Laurent JOURDREN, Genomics facility, IBENS, Paris, France

 

Collaborations antérieures :

Johannes LOFFING and Stephan C. F. NEUHAUSS, University of Zurich, Switzerland;

Bernardo REINA−SAN−MARTIN, IGBMC, Illkirch, France;

Elizabeth LACY, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York, USA;

Raphael GUEROIS, Institut de Biologie et de Technologies de Saclay (iBiTec-S), Gif-sur-Yvette, France;

Richard VALLEE – Department of Pathology and Cell Biology, Columbia University, New York, USA;

Julien DUMONT, Institut Jacques-Monod IJM, Paris, France;

Lionel PINTARD, Institut Jacques-Monod IJM, Paris, France

L’équipe a été labellisée “équipe FRM 2020” par la Fondation pour la Recherche Médicale et a obtenu en 2019 une subvention de l’IDEX Université de Paris. L’équipe a été soutenue par le Labex “Who am I?” et l’ANR, et accueille actuellement dans ses locaux les membres de la plateforme “enSCORE” dédiée à la production d’organoïdes neuraux , fondée par le Labex “”Who am I?”