Equipe van Niel

Dynamique Endosomale dans les neuropathies


Chef d'équipe :  Guillaume van Niel

Membre d'équipe :  Frédérik Verweij  |   Charlotte Volgers

Les travaux de notre équipe cherchent à mieux comprendre les mécanismes régulant la biogenèse et les fonctions des endosomes tardifs multivésiculaires dans différents types cellulaires spécialisés, in vitro et in vivo. En fonction de leur environnement et des stimuli reçus, les différents types cellulaires de l’organisme peuvent adapter leur système endosomal pour dégrader le contenu des endosomes multivésiculaires dans les lysosomes ou pour sécréter dans le milieu extracellulaire leurs vésicules intraluminales sous forme d’exosomes. A travers nos études, nous cherchons à identifier différents mécanismes moléculaires qui régulent ces adaptations fonctionnelles et à développer différents outils pour suivre la dynamique endosomale in vitro et in vivo. Ces recherches nous permettrons de mieux comprendre le rôle de la dynamique endosomale dans différentes neuropathies et en particulier le métabolisme des amyloïdes dans la Maladie d'Alzheimer.
 
5 principales publications

FJ Verweij, C Revenu, G Arras, F Dingli, D Loew, MD Pegtel, G Follain, G Allio, JG Goetz, P Zimmermann, Ph Herbomel, F Del Bene, G Raposo, G van Niel.Live Tracking of Inter-organ Communication by Endogenous Exosomes In Vivo.  Published: February 7, 2019 DOI:https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.01.004

 

Bissig C, Croisé P, Heiligenstein X, Hurbain I, Lenk GM, Kaufman E, Sannerud R, Annaert W, Meisler MH, Weisman LS, Raposo G, van Niel G. PIKfyve complex regulates early melanosome homeostasis required for physiological amyloid formation. J Cell Sci. 2019 Feb 1. pii: jcs.229500. doi: 10.1242/jcs.229500. PubMed PMID: 30709920.

 

FJ Verweij, MP Bebelman, CR Jimenez, JJ. Garcia‑Vallejo,H Janssen, J Neefjes,JC. Knol, R Goeij‑de Haas, SR Piersma, S Rubina Baglio,M Verhage, JM Middeldorp, AZomer, J van Rheenen, MG Coppolino, I Hurbain, G Raposo, MJ. Smit, RFG Toonen, Gvan Niel, and DM Pegtel : Quantifying exosome secretion from single cells reveals a modulatory role for GPCR signaling. J. Cell Biol. https://doi.org/10.1083/jcb.201703206


G van Niel, G D'Angelo & G Raposo :Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles Nature Reviews Molecular Cell Biology doi:10.1038/nrm.2017.125

 

Bissig C, Hurbain I, Raposo G, van Niel G. PIKfyve activity regulates reformation of terminal storage lysosomes from endolysosomes.Traffic. 2017 Aug 31. doi: 10.1111/tra.12525.

 



 

Au sein du Centre de Psychiatrie et de Neurosciences, notre projet se décompose en trois objectifs qui seront approfondis en parallèle.


Le premier objectif vise à approfondir et généraliser nos connaissances fondamentales sur les mécanismes régulant les fonctions des endosomes multivésiculaires et en particulier la balance entre sécrétion d’exosomes et dégradation lysosomale. Pour ce faire, nous développons de nouveaux outils nous permettant de mieux comprendre cette balance. Nous nous focalisons notamment sur le rôle des sites de contacts membranaires dans cette balance.


Le second objectif est d’évaluer, en parallèle, la pertinence de ces mécanismes dans les cellules du système nerveux et dans un modèle in vivo, le poisson zèbre. Cette approche multi-échelle, basée sur des méthodes d’imagerie pointues comme la microscopie corrélative ou la vidéomicroscopie subcellulaire, nous permet d’analyser la dynamique endosomale et la sécrétion d’exosomes sur cellules neuronales vivantes et in vivo.


L’ensemble des fonctions physiologiques des endosomes multivésiculaires est impliqué dans différents processus pathologiques touchant le système nerveux. Le troisième objectif est de combiner les connaissances et les outils développés dans les deux premiers objectifs afin d’en d’évaluer la relevance dans différentes neuropathies, en particulier dans le développement de la Maladie d’Alzheimer et le métabolisme des amyloïdes pathologiques. Dans cette optique, nous évaluerons la relevance des mécanismes régulateurs étudiés dans la génération de fibres amyloïdes pathologiques.


Notre approche multi-échelle, se basant sur la complémentarité des modèles cellulaires et in vivo, nous permettra de lever le voile sur de nouveaux mécanismes régulant les multiples fonctions des endosomes multivésiculaires. En explorant le rôle de ces mécanismes dans l’homéostasie des fibres amyloïdes pathologiques durant la Maladie d’Alzheimer, nos recherches ouvriront de nouvelles voies de recherche pour améliorer les approches thérapeutiques ciblant cette maladie encore incurable. De plus, le développement de modèles in vivo permettant d’étudier le trafic intracellulaire et la communication inter-cellulaire in vivo par les exosomes posera les bases de nouvelles collaborations.

 

Figure : Modèle schématique du rôle de la dynamique endosomale

 

 

 

Modèle schématique du rôle de la dynamique endosomale régulée par les sites de contacts membranaires (MCS) dans le métabolisme du peptide amyloïde Abeta. Le peptide Abeta s'accumulant dans les corps multivésiculaires (MVB) après endocytose de l'APP est soit dégradé par fusion des MVB avec les lysosomes, soit sécrété par fusion des MVB avec la membrane plasmique. Les sites de contacts membranaires sont des régulateurs émergents de la dynamique endosomale. Nos données non publiées montrent que les MCS régulent l'équilibre entre la sécrétion endosomale et la dégradation.

 

 

Membres de l'équipe

 

Guillaume Van Niel

Depuis 1998, Guillaume van Niel étudie les exosomes et leur compartiment d'origine, les corps multivésiculaires. Pendant son doctorat à l'Institut Necker (Paris, France), il a rapporté et analysé la sécrétion et la fonction des exosomes sécrétés par les cellules épithéliales intestinales. En 2003, au centre médical d'Utrecht (Utrecht, Pays-Bas), il a démontré l'ubiquitination de molécules du CMH II, une modification post-traductionnelle clé pour le tri dans les corps multivésiculaires dans les cellules dendritiques. En 2005, il rejoint l'Institut Curie (Paris, France) et obtient un poste permanent du CNRS dans cette équipe en 2008 pour étudier la biogenèse des corps multivésiculaires dans les cellules pigmentaires. Il a notamment rapporté le rôle des vésicules intraluminales dans la production de fibres amyloïdes physiologiques. Depuis 2017, il est chef d'équipe au Centre de Psychiatrie et Neurosciences (Paris, France), où il développe de nouveaux outils pour visualiser les exosomes, notamment in vivo, et pour comprendre le rôle de la dynamique endosomale entre dégradation et sécrétion dans les pathologies associées aux amyloïdes. Il possède une solide expertise en biologie cellulaire des exosomes et utilise de nombreuses techniques d'imagerie notamment la microscopie électronique.

Charlotte Volgers


Charlotte Volgers a obtenu son baccalauréat en sciences appliquées en biochimie (Nimègue, aux Pays-Bas) en 2007. Elle poursuit ensuite ses études de maîtrise en biologie médicale à l'Université Radboud de Nijmegen aux Pays-Bas. Ici, elle s'intéresse particulièrement à l'immunologie et aux neurosciences. Durant son premier cycle, elle a travaillé à l’Institut Radboud des sciences de la vie moléculaires au départements de rhumatologie et d’immunologie des tumeurs. Son stage de fin d'études dans ce département était axé sur la modulation du récepteur de type Toll dans le traitement de l'antigène et la présentation de l'antigène par les cellules dendritiques.
Après avoir obtenu son diplôme, elle a continué comme assistante de recherche au département de signalisation moléculaire et de mort cellulaire de l'Université de Gand. Depuis 2012, elle a travaillé comme doctorante sous la supervision du Dr Frank Stassen et du professeur Savelkoul au département de microbiologie médicale de l'université de Maastricht. Elle a étudié la dynamique et les implications physiologiques des vésicules membranaires libérées par des bactéries et des cellules hôtes au cours d'une infection à macrophages par des agents pathogènes respiratoires (Volgers et coll. BMC Microbiol. 2017, Volgers et coll. Microbiol. Res., 2016). Elle s'est particulièrement intéressée à la manière dont divers composants liés à l'environnement hôte (peptides antimicrobiens et antibiotiques, par exemple) affectaient la libération de vésicules bactériennes (Volgers et al. 2017 Crit. Rev. Microbiol.).
En décembre 2018, elle a commencé à travailler à l’Institut de Psychiatrie et  Neurosciences de Paris (Paris, France) où elle étudie les voies de traitement des endolysosomes. Son projet porte en particulier sur l’effet des particules d’apolipoprotéine E sur le trafic d’endolysosomes en modulant la formation de sites de contact membranaire.

Frederik Verweij

Frederik Verweij a débuté son doctorat en 2009, en étudiant le tri d'une oncoprotéine virale dans les exosomes au Centre médical de l'Université libre (VUmc) à Amsterdam (Pays-Bas) sous la supervision des Drs Michiel D. Pegtel et Jaap Middeldorp. Cette protéine, LMP1, est codée par le virus Epstein Barr (EBV), un virus qui détourne le développement des cellules B humaines pour établir une infection latente dans environ 90% de la population mondiale. Il a démontré que mécaniquement, le tri de LMP1 dépendait de son association Avec CD63, l'une des tétraspanines enrichies sur les vésicules intraluminales endosomales (ILV), les précurseurs intracellulaires des exosomes. Fonctionnellement, le tri de cette protéine freine la signalisation NF-kB constitutivement active de cette protéine, qui conduirait autrement à une signalisation incontrôlée de NF-kB et à la lymphomagénèse dans des modèles de souris in vivo. Au cours de son doctorat, il a également été le pionnier de l'utilisation de CD63-pHluorin pour visualiser la sécrétion d'exosomes à partir de cellules vivantes in vitro. Cette nouvelle approche contourne les procédures d'isolement d’exosomes qui nous ont privé jusque là d’étudier la dynamique de sécrétion des exosomes. Ce travail a également établi les bases de son travail actuel, où il étudie la sécrétion d'exosomes et le trafic in vivo pendant le développement et le cancer, en utilisant des embryons de poisson-zèbre comme organisme modèle.