Thèse Impact du Code Tubuline sur la Régulation et la Fonction des Protéines de Liaison Entre les Microtubules et l'Actine H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health École doctorale : Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie Laboratoire de recherche : Genome, ARN et cancer Direction de la thèse : Carsten JANKE ORCID 0000000170532000 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Les microtubules (MT) et les filaments d'actine sont des fibres essentielles du cytosquelette et forment des réseaux macromoléculaires complexes dans les cellules. Les interactions entre ces deux réseaux sont médiées par des protéines de réticulation MT-actine et jouent un rôle crucial dans de nombreux processus cellulaires essentiels, tels que la migration cellulaire, la différenciation neuronale ou la formation des plaquettes sanguines.
Notre équipe explore comment les fonctions des MT et des protéines associées aux MT (PAM) sont influencées par le code tubuline, c'est-à-dire par les différents produits géniques de la tubuline (isoformes), briques élémentaires des MT, et par les modifications post-traductionnelles (MPT) de ces tubulines. Nous avons démontré que les affinités d'interaction, les activités enzymatiques et les propriétés dynamiques de plusieurs PAM sont contrôlées par les MPT de la tubuline dans des expériences in vitro, hors cellule. Cependant, la manière dont le code tubuline influence les spécifiquement PAM responsables de la liaison entre les MT et l'actine, et donc de l'organisation du cytosquelette MT-actine, reste mal comprise.
Ce projet étudiera comment le code tubuline contrôle les interactions entre les MT et les filaments d'actine via les protéines de réticulation MT-actine, comment cela influence l'organisation du cytosquelette MT-actine dans différents types de cellules, et enfin comment une perturbation du code tubuline ou des fonctions des protéines de réticulation affectent cette organisation cytosquelettique in vitro et dans les cellules. L'étudiant appliquera différentes techniques pour étudier l'organisation du cytosquelette MT-actine, telles que les tests de reconstitution in vitro imagés par microscopie TIRF, l'imagerie sur cellules vivantes et la microscopie d'expansion et de super-résolution.
En déchiffrant les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation des protéines de réticulation MT-actine par le code tubuline, ce projet permettra de mieux comprendre l'interaction entre les cytosquelettes MT et actine dans les cellules saines et malades.
The cytoskeletal networks of both MTs and actin filaments are essential in virtually every aspect of cell biology, especially in cells carrying out specific tasks like migrating cells, or in cells with complex morphologies such as neurons. The architecture and organisation of the cytoskeleton is highly task- and cell-specific and very sensitive to perturbations, requiring a precise coordination of the different cytoskeletal components. At the same time, the dynamic nature of individual MTs and actin filaments, such as constant polymerisation and depolymerisation, enforces a continuous readjustment of said architecture and organisation. A long-standing question is how cells achieve this balance between precise control and dynamic readjustment.
The tubulin code proposes that the incorporation of different tubulin isotypes as well as post-translational modifications of tubulin influence MT properties and functions. Our team has previously shown in vitro that tubulin PTMs influence the binding affinities, enzymatic activities, and dynamic properties of several MAPs. This led us to the hypothesis that the tubulin code may also impact the organisation of the actin cytoskeleton through the regulation of MAPs that serve as MT-actin crosslinking proteins, such as MACF1. So far, this connection remains understudied, especially using in vitro systems.
This project aims to uncover how the tubulin code controls the behaviour of MT-actin crosslinking proteins in vitro and in various cell types, and how this regulation impacts the organization of both the MT and the actin cytoskeleton. It will therefore unravel how the tubulin code contributes to the precise coordination between the MT and actin cytoskeletons in cells.
The present project aims at determining the impact of the tubulin code on MT-actin crosslinking proteins and has 3 main objectives:
1) To identify and confirm candidate proteins as MT-actin crosslinkers and characterize their impact on the collective behaviour of MTs and actin in vitro, and how they react to the changes in the tubulin code.
2) To reveal the subcellular localization and role of MT-actin crosslinking proteins within the cytoskeleton of various cell types (e.g. in migrating cells, or in the axonal growth cone of neurons) using live cell imaging and expansion and super-resolution microscopy.
3) To assess how perturbations of the functionality or the regulation of MT-actin crosslinking proteins affect the cytoskeletal organization and architecture in vitro as well as in cells.
These experiments will be carried out on multiple levels of complexity, ranging from cell-free single-molecule in vitro assays to live-cell imaging in cultured cell lines and primary neurons, enabling a thorough characterization of selected MT-actin crosslinking proteins.
We will perform in vitro reconstitution assays to assess the crosslinking ability of candidate MAPs using TIRF microscopy. For this purpose, cell lysates containing fluorescently tagged MAPs will be produced and introduced to microfluidic chambers containing both MTs and actin filaments. MTs will be polymerized from tubulin purified from HeLa S3 cells (lacking all tubulin PTMs), wild type mouse brains (highly modified) or brains of mice with knock-out for different tubulin isotypes or enzymes involved in generating tubulin PTMs to assess the effect of the tubulin code.
We will then visualize the subcellular localization of selected crosslinkers in various cell types using expansion and super-resolution microscopy. Live-cell imaging will be used to quantify dynamics of the MT-actin crosslinking proteins. For these experiments, the fluorescently tagged crosslinkers will be either overexpressed or endogenously tagged using CRISPR-Cas9. We will use micropatterning of cells to get a standardized cell shape which will allow to quantify crosslinker's subcellular localization.
The same techniques will also be used to study the effect of perturbations of the tubulin code or the respective MT-actin crosslinker on the organization and architecture of the MT-actin cytoskeleton in cells. We will clone (disease-related) mutants of selected MT-actin crosslinkers to assess the impact of these mutations on the crosslinking properties of the protein at single-molecule as well as cellular level.

Le candidat retenu aura une formation en biologie cellulaire et en biochimie, de préférence avec une certaine connaissance du cytosquelette. Elle doit avoir un intérêt marqué pour les analyses d'images et les techniques de microscopie de pointe. Elle doit être motivé(e) et autonome, et être capable de travailler au sein d'un collectif.