Mécanismes moléculaires de l’assemblage du collagène

Porteur de projet  : D. Hulmes


La formation des fibres de collagène est un processus complexe impliquant à la fois des étapes intracellulaires et extracellulaires.

Au niveau intracellulaire, les chaines polypeptidiques sont synthétisées, modifiées par plusieurs types de modifications post-traductionnelles (hydroxylations, glycosylations, ponts disulfures etc) et assemblées en trimère de procollagènes. Cette dernière étape est cruciale car elle implique la reconnaissance spécifique des chaines avec la bonne composition et stœchiométrie pour garantir qu’une cellule qui synthétise plusieurs types de collagènes ne produira pas de molécules chimériques non fonctionnelles. Ce mécanisme de reconnaissance est contrôlé pour les collagènes fibrillaires par le domaine C-terminal appelé C-propeptide.

Un de nos thèmes de recherche consiste à comprendre les détails moléculaires qui gouvernent ces processus de reconnaissance au niveau des différents C-propeptides et comment les mutations qui affectent ces domaines peuvent conduire à des maladies génétiques (Ostéogenèse Imparfaite, Chondrodysplasies, Ehlers-Danlos etc).

Au niveau extracellulaire, après sécrétion des molécules de procollagènes, des maturations protéolytiques sont nécessaires pour diminuer leur solubilité et déclencher la formation des fibres. Les principales protéases impliquées sont les protéases BMP-1/tolloid-like (BTPs), méprines et ADAMTS-2, 3 et 14. Les BTPs sont assistées par une glycoprotéine de 50 kDa nommée Procollagen C-Proteinase Enhancer-1 (PCPE-1) qui peut augmenter significativement l’efficacité des clivages. De façon intéressante, PCPE-1 est spécifique des procollagènes, sans affecter le clivage des autres substrats des BTPs, et permet d’accélérer fortement la formation des fibres de collagènes dans certains contextes physiopathologiques (développement, réparation tissulaire…).

Nous essayons de comprendre comment fonctionnent les complexes protéolytiques, à deux (protéase-substrat, substrat-activateur) ou trois (protéase-substrat-activateur) partenaires, impliqués dans la maturation des procollagènes fibrillaires.

(A) Structure cristallographique du domaine C-propeptide du collagène III qui contrôle l’assemblage intracellulaire des trimères de collagène ainsi que l’assemblage extracellulaire des fibres de collagène (D’après Bourhis et al. Nature Struct. Mol. Biol. 2012). (B) Structure SAXS du complexe entre le C-propeptide III et la partie active de la protéine PCPE-1 (CUB1CUB2; d’après Bourhis, Vadon-Le Goff et al. PNAS 2013) régulant l’assemblage extracellulaire des fibres de collagène.

 

Principales techniques utilisées

Production et purification de protéines en cellules eucaryotes

Enzymologie

Résonance plasmonique de surface / fluorescence / dichroïsme circulaire

Spectrométrie de masse

Diffusion des rayons X

Cristallographie


Sélection de publications  :

Structural basis of fibrillar collagen trimerization and related genetic disorders. Bourhis JM, Mariano N, Zhao Y, Harlos K, Exposito JY, Jones EY, Moali C, Aghajari N, Hulmes DJ. Nat Struct Mol Biol. 2012, 19(10):1031-6

Procollagen C-proteinase enhancer grasps the stalk of the C-propeptide trimer to boost collagen precursor maturation. Bourhis JM, Vadon-Le Goff S, Afrache H, Mariano N, Kronenberg D, Thielens N, Moali C, Hulmes DJ. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013, 110(16):6394-9

Clinical, structural, biochemical and X-ray crystallographic correlates of pathogenicity for variants in the C-propeptide region of the COL3A1 gene. Stembridge NS, Vandersteen AM, Ghali N, Sawle P, Nesbitt M, Pollitt RC, Ferguson DJ, Holden S, Elmslie F, Henderson A, Hulmes DJ, Pope FM. Am J Med Genet A. 2015, 167A(8):1763-72.

Structural basis of homo- and heterotrimerization of collagen I. Sharma U, Carrique L, Vadon-Le Goff S, Mariano N, Georges RN, Delolme F, Koivunen P, Myllyharju J, Moali C, Aghajari N, Hulmes DJ. Nat Commun. 2017, 8:14671.