La protéine tau est un facteur important lié au développement des maladies neurodégénératives humaines, dont la maladie d’Alzheimer. Pourtant, nous ignorons encore beaucoup de choses sur la protéine tau et d’autres protéines similaires. Les découvertes les plus récentes proviennent des travaux d’une équipe internationale comprenant des co-auteurs de la Faculté des sciences de l’Université Charles de Prague, Lenka Libusova, Ph.D. et l’étudiante diplômée Tereza Humhalová. L’étude a été publiée dans Nature Chimie Biologie. Il montre que la protéine tau peut former des revêtements ou des enveloppes sur les structures cytosquelettiques de la cellule appelées microtubules. Ceux-ci modifient par la suite les propriétés des microtubules revêtus et empêchent également le passage de certains moteurs moléculaires qui assurent le transport intracellulaire simplement en se déplaçant le long des microtubules.
Les microtubules sont de minces tubes à l’intérieur des cellules qui servent de voies pour transporter diverses cargaisons (vésicules, mitochondries, autres microtubules, complexes protéiques) d’un endroit à l’autre de la cellule. Dans des cellules plus petites, ce transport s’effectue sur de courtes distances, mais dans des cellules généralement grandes ou allongées dans une direction, un transport sur de longues distances doit également être assuré. Les cellules nerveuses avec leurs extensions sont un exemple typique de cellules où les microtubules assurent le transport de la cargaison souvent sur des distances de plusieurs centimètres. Cependant, si les voies des microtubules sont endommagées et/ou si les processus de transport ne se déroulent pas correctement, une maladie neurodégénérative peut se développer.
Les protéines qui se lient aux microtubules sont collectivement appelées MAP (un acronyme dérivé de « protéines associées aux microtubules »). Les MAP sont des acteurs très importants dans l’orchestre cytosquelettique de la cellule, car leur liaison influence la stabilité des microtubules, assure l’ancrage du réseau de microtubules à la membrane cytoplasmique, ou l’interconnexion avec d’autres structures cytosquelettiques. En particulier, les protéines MAP2 et tau, qui appartiennent à la même famille de protéines, forment des enveloppes protectrices sur les microtubules. Les parties protégées par l’enveloppe sont résistantes aux enzymes qui dégradent les microtubules.
Des travaux récemment publiés par deux groupes tchèques, dirigés par le Dr Zdeněk Lánský de l’Institut de biotechnologie du CAS du centre BIOCEV et le Dr Lenka Libusová de la Faculté des sciences de l’Université Charles de Prague, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de California (UC Davis), montre que les protéines MAP2 et tau causent encore plus par leur liaison aux microtubules. S’ils recouvrent une partie du microtubule avec leurs molécules liées en coopération en tant que revêtement, ils induisent également un changement dans la structure du microtubule dans cette partie. Le microtubule se raccourcira sans libérer aucune unité de construction, devenant seulement plus compact dans la zone revêtue.
Fait intéressant, la relation entre la présence de l’enveloppe et la longueur du microtubule est également inversée – si le microtubule est étiré par une force externe, le revêtement formé par les molécules tau ou MAP2 tombe. Cela soulève la question de savoir à quoi cette sensibilité du réseau de microtubules recouverts d’enveloppe à la tension mécanique pourrait servir dans les cellules nerveuses (ou même musculaires) dans des conditions physiologiques.
Une autre propriété intéressante des enveloppes des protéines tau et MAP2 est qu’elles affectent sélectivement le passage des moteurs moléculaires le long des microtubules. Alors que les moteurs à dynéine se déplaçant vers le noyau cellulaire (rétrograde) peuvent surmonter les enveloppes tau ou MAP2, pour certains moteurs à kinésine se déplaçant vers la membrane plasmique (antérograde), ces régions constituent un obstacle majeur. Ainsi, sur les microtubules, la liaison des MAP étudiées crée des régions dans lesquelles le transport de fret est limité au transport dans une seule direction ou le passage n’est autorisé qu’à certains types de moteurs moléculaires. Des sections particulières de microtubules acquièrent ainsi différentes fonctions, ce qui est important pour le bon fonctionnement de la cellule nerveuse. Les protéines de la famille tau semblent réserver bien d’autres surprises.
Valerie Siahaan et al, l’espacement du réseau des microtubules régit la formation de l’enveloppe cohésive des protéines de la famille tau, Nature Chimie Biologie (2022). DOI : 10.1038/s41589-022-01096-2