Etude des fonctions de GCP4, 5 et 6 dans l'assemblage du complexe de nucléation des microtubules

Investigating the function of GCPs 4, 5, 6 in the Gamma-tubulin ring complex assembly

• Auteur / Autrice : Dorian Farache
• Direction : Andreas Merdes, Laurence Haren
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 17/10/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation

Mitose

Hélices moléculaires

Microtubules

Mots clés libres

Tubuline

Mitose

Microtubule

Fuceau mitotique

Nucléation

Centrosome

Gamma complex proteins

Résumé

Les microtubules sont des composants hautement dynamiques du cytosquelette. La tubuline gamma est localisée au centrosome. Elle y forme le complexe de nucléation des microtubules, le gamma-TuRC, en association avec les protéines GCPs 2-6. Les GCPs 2-6 forment une famille de protéines caractérisée par deux domaines conservés appelés GRIP1 et 2. De par sa structure, le gamma-TuRC sert de moule pour la nucléation des microtubules. Le gamma-TuRC est constitué de plusieurs sous-complexes : les gamma-TuSCs qui sont composés d'une GCP2 et d'une GCP3 qui interagissent entre elle par leur domaine amino-terminal, chacune liant une tubuline gamma via leur domaine carboxy-terminal. Les gamma-TuSCs s'assemblent latéralement pour former une structure à un tour d'hélice, les deux extrémités de l'hélice se recouvrant. La structure atomique de GCP4 s'intègre particulièrement bien dans structure du gamma-TuSC de levure, obtenue en microscopie électronique, à la place de GCP2 et 3 suggérant une forte conservation structurale entre les GCPs. GCP4, 5 et 6 pourraient donc être partie intégrante de l'hélice. Durant ma thèse j'ai étudié la position relative des GCP4, 5 et 6 au sein du gamma-TuRC. Pour cela j'ai développé des approches d'échange de domaines et de mutagénèse. J'ai également mis en place des stratégies de FLIM-FRET et d'immunoprécipitation. J'ai ainsi montré que c'est le domaine N-terminal des GCPs qui définit leur identité, les domaines C-terminaux étant échangeables. J'ai également mis en évidence, au sein du gamma-TuRC, des interactions latérales entre GCP4 et GCP5 semblables à celles établies par GCP2 et GCP3 dans les gamma-TuSC. J'ai également pu isoler un complexe contenant GCP4, 5, 6 et la tubuline gamma indépendamment du gamma-TuRC. J'apporte ainsi les premières preuves expérimentales soutenant l'idée que GCP4, 5 et 6 sont partie intégrante de l'hélice du gamma-TuRC et qu'elles y forment un sous complexe qui occupe une position bien définie.

Microtubules are highly dynamic components of the cytoskeleton. gammatubulin is found at the centrosome where it forms a microtubule nucleation complex together with GCPs 2-6, the gamma-TuRC. GCPs 2-6 form a conserved family of proteins characterised by two conserved domains called GRIP1 and 2. The gamma-TuRC functions as a structural template for microtubule nucleation. The gamma-TuRC is composed of smaller subcomplexes called gamma-TuSC. Each gamma-TuSC is composed by one GCP2, one GCP3 and two gamma?tubulins. GCP2 and GCP3 interact via their N-terminal domain and bind gamma tubulin through their C-terminal domain. Several gamma-TuSCs can assemble laterally to form a one-turn helix with the two ends overlapping. The atomic structure of GCP4 fits almost perfectly in the place of GCP2 and GCP3 within the gamma-TuSC envelope obtained by electron microscopy suggesting a strong structural conservation among GCPs. Hence, GCP4, 5 and 6 may be part of the helix. During the course of my thesis, I studied the relative position of GCPs 4, 5, 6 within the gamma-TuRC. To this aim, I developed a domain swapping and mutagenesis approaches. I also combined FLIM-FRET and immunoprecipitation strategies. I have been able to show that the N-terminal domains of GCPs define their identity while the C-terminal domains can be swapped. My results also indicate that GCP4 and GCP5 establish gamma-TuSC like interactions within the gamma-TuRC. I also isolated a complex containing GCP4, 5, 6 and gamma tubulin independently of the gamma-TuRC. My thesis provides the first experimental evidence supporting the model where GCP4, 5 and 6 are part of the gamma-TuRC helix where they form a sub-complex localised at a defined position.