CYFIP, a protein family implicated in neuronal connectivity, links Rac1 GTPase signalling to the fragile X mental retardation protein
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Fragile X Syndrome is the most frequent form of hereditary mental retardation and caused by the absence of FMRP, an RNA binding protein that seems to regulate local protein translation at synapses. To better understand the physiological function of FMRP, we conducted a yeast two-hybrid screen to determine interacting proteins. We identified CYFIP1 and CYFIP2 (Cytoplasmic FMRP Interacting Proteins 1/2), two highly homologous cytoplasmic proteins, which show a different pattern of interaction with the two FMRP-related proteins FXR1P and FXR2P. The CYFIP binding site of FMRP overlaps with its homo- and heteromerisation domain, suggesting that binding to CYFIP may modulate FMRP function. Importantly, CYFIP1 has been previously reported to interact with Rac1. Rac1, a Rho GTPase, is a key regulator of actin cytoskeleton remodelling with a well-established role in maturation and maintenance of dendritic spines, which are actin-rich synaptic structures that are abnormally developed in Fragile X patients and FMRP null mice. Since several genes of Rac/Rho signalling pathways are implicated in mental retardation, our work suggested that Rac1, CYFIP and FMRP work in a common pathway determining synapse morphogenesis and cognitive function. To address this hypothesis in vivo, we have chosen the fruitfly Drosophila melanogaster as a genetic model organism. Drosophila CYFIP, a previously undescribed gene, is highly expressed in the embryonic nervous system, where it strongly accumulates in central axons and at the neuromuscular junction (NMJ). CYFIP mutations induce defects in axon growth, branching and pathfinding and result in abnormal synapse morphology at the neuromuscular junction. Hence, loss of CYFIP involves defects that have been previously described in dFMR1 and/or dRac1 mutants. Analyses of biochemical and genetic interactions amongst these three proteins suggest that upon activation, dRac1 acts antagonistically on CYFIP, which in turn negatively regulates dFMR1.
Abstract FR:
Le syndrome de l'X Fragile, qui constitue la forme la plus fréquente de retard mental héréditaire, est du à l'absence de FMRP, une protéine de liaison à l'ARN qui régulerait la traduction au niveau synaptique. Afin de mieux comprendre le role de FMRP, nous avons réalisé un criblage double-hybride dans la levure pour identifier certains de ses interacteurs. Deux protéines ont été isolées, CYFIP1 et CYFIP2 (Cytoplasmic FMRP Interacting Proteins 1/2). Ces deux protéines cytoplasmiques sont hautement homologues mais interagissent différement avec les deux autres protéines de la famille FXR, FXR1P et FXR2P. Le site de liaison à CYFIP recouvre le site d'homo- et d'hétérodimérisation de FMRP, suggérant que la liaison à CYFIP pourrait moduler l'activité de FMRP. D'autre part, l'interaction entre CYFIP1 et Rac1 a été démontrée précédemment. Rac1, une protéine de la famille des Rho GTPase, est un des principaux régulateurs de la réorganisation du cytosquelette d'actine et joue un role clé dans la maturation et la maintenance des épines dendritiques, structures synaptiques riches en actine anormalement développées chez les patients X-Fragile et dans les souris invalidées pour FMRP. De nombreux gènes des voies Rho/Rac étant impliqués dans des retards mentaux, Rac1, CYFIP1 et FMRP pourraient participer à une voie commune contrôlant la morphogénèse synaptique et le fonctionnement cognitif. Pour valider cette hypothèse in vivo, nous avons choisi Drosophila melanogaster comme organisme modèle. Nous avons découvert que CYFIP y est très exprimé dans le système nerveux embryonnaire, et s'accumule notamment dans les axones centraux et aux jonctions neuro-musculaires (JNM). Des mutations de CYFIP causent des défauts de croissance, de ramification et de connexion des axones et conduisent à une morphologie anormale des synapses des JNM. Ainsi, l'absence de CYFIP provoque des défauts similaires à ceux précedemment décrits chez les mutants dFMR1 et/ou dRac1. L'analyse des interactions génétiques et biochimiques entre ces trois protéines suggère que, lorsque la voie est activée, dRac1 inhibe CYFIP qui régule à son tour négativement dFMR1.