Étude de la fonction de la protéine Bug22p dans différents organismes

par Chloé Laligné

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de France Koll.

Le président du jury était Jean-Michel Rossignol.

Le jury était composé de France Koll, Jean-Michel Rossignol, Renata Basto, Sophie Saunier, David Bouchez.

Les rapporteurs étaient Renata Basto, Sophie Saunier.


  • Résumé

    Les cils sont des organites très conservés au cours de l’évolution des eucaryotes et présents à la surface de presque tous les types cellulaires. Ils sont constitués d’une structure microtubulaire, l’axonème, entourée d’une membrane en continuité avec la membrane plasmique. Ils sont nucléés par un corps basal, centriole ancré à la surface cellulaire. Grâce aux nombreux récepteurs qu’ils concentrent à leur membrane, tous les cils sont des senseurs de leur environnement. Ils peuvent aussi être motiles et assurer, par leur battement coordonné, le déplacement relatif de la cellule et du fluide environnant. Tandis que cil et structure centriolaire, hérités du premier eucaryote, ont été perdus par certains champignons et par les plantes supérieures, certains gènes codant des protéines ciliaires et centriolaires sont pourtant retrouvés dans le génome de ces espèces. Cette conservation de protéines sans l’organite suggère soit que ces protéines interviennent dans un même processus moléculaire utilisé dans plusieurs organites, soit qu’elles jouent des rôles dans des processus moléculaires distincts via leur interaction avec différents types de partenaires.J’ai choisi d’étudier l’une de ces protéines ciliaires et centriolaires, Bug22p, hautement conservée en séquence protéique entre l'homme et la paramécie, mais également présente chez les plantes supérieures. J’ai mené cette étude principalement sur la paramécie, système modèle pour la biogénèse des corps basaux et des cils, mais aussi sur des cellules de mammifère et de végétaux supérieurs. Si Bug22p est impliquée dans la détermination du battement ciliaire chez la paramécie, elle se localise également dans des cils immotiles de cellules de mammifère suggérant que son activité ciliaire n’est pas réduite à cette seule fonction. Des expériences d’inactivation génique suggèrent par ailleurs un lien entre l’activité de Bug22p et la polyglycylation. Sa surexpression dans les cellules de mammifère en culture entraîne l’apparition d’extensions cellulaires et une augmentation des réseaux de tubulines acétylées probablement associées à une stabilisation des microtubules. L'ensemble de mes résultats suggère donc un rôle de Bug22p dans la régulation de modifications post-traductionnelles. En plus d’être présente dans les structures ciliaires, Bug22p se localise aussi bien dans les noyaux de la paramécie que dans ceux des cellules humaines et des plantes supérieures Arabidopsis et Nicotiana. Ces observations ouvrent un nouveau champ d’études. En effet, si l’on sait que les tubulines ciliaires sont soumises à différentes modifications post-traductionnelles telles que polyglycylation ou acétylation, ce type de modifications touchent également des protéines nucléaires régulant ainsi le trafic de protéines nucléaires ou l’expression génique. Nous pouvons donc avancer l’hypothèse selon laquelle Bug22p agirait sur la régulation de ces modifications dans le cil et dans le noyau. Il serait donc intéressant de caractériser les modifications post-traductionnelles chez les plantes supérieures afin de vérifier une possible implication de Bug22p dans leur régulation et donc comprendre les raisons de sa conservation chez les végétaux.

  • Titre traduit

    Study of Bug22p protein in different organisms


  • Résumé

    Cilia, organelles that have been conserved throughout the evolution of eukaryotes, are found at the surface of most cell types. They are composed of a microtubular structure, the axoneme, surrounded by a membrane continuous to the plasma membrane. Cilia are nucleated by basal body, which is a centriole anchored to the cell surface. Cilia are environmental sensors concentrated in the ciliary membrane. Cilia can be motile and ensure the relative movement of the cell with respect to the surrounding fluid by their coordinated beating. While cilia and centriolar structures inherited from the first eukaryote have been lost by certain fungi and higher plants, certain genes encoding ciliary and centriolar proteins are found in the genomes of organisms lacking these structures. The conservation of these proteins without organelle suggests that these proteins are involved in the same molecular process into different organelles or proteins are involved into different processes through some interactions with different partners.I chose to study the ciliary and centriolar protein, Bug22p, highly conserved between human and Paramecium proteins sequences, and also present in higher plants. My work addressed this study primarily on Paramecium, a model system for biogenesis of basal bodies and cilia, and I also pursued investigation of mammalian cells and higher plants. I was able to show that Bug22p is necessary for efficient Paramecium ciliary beating, but I also localized in the immotile cilia of mammalian cells suggesting that Bug22p is not only restricted to the motile ciliary function. By knockdown experiments in Paramecium, I obtained evidence that Bug22p is involved in polyglycylation. Bug22p overexpression in mammalian cells led to the appearance of cell extensions and increased acetylated tubulin networks consistent with microtubule stabilization. My results suggest that Bug22p may regulate post-translational proteins modifications.Bug22p is also localized in the nuclei of Paramecium, human and higher plants such as Arabidopsis and Nicotiana. These observations open a new field of study. The axoneme microtubules are highly modified by post-translational modifications such as acetylation and polyglycylation; we know that in the nucleus, theses modifications are involved in the control of nuclear trafficking of some proteins and the regulation of gene expression. We can therefore speculate that Bug22p acts on the regulation of these changes in the cilium and in the nucleus. Finally, it would be interesting to characterize the post-translational modifications in higher plants to verify the possible involvement of Bug22p in their regulation and thus understand the meaning of its conservation in higher plants lacking cilia.

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