Nouvelles fonctions de la protéine Tau dans le métabolisme des ARN

New functions of Tau proteins in RNA metabolism

• Auteur / Autrice : Mélissa Gilles
• Direction : Bruno Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/11/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Jean-Pierre AUBERT Neurosciences et Cancer (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172 - Centre de Recherche Jean-Pierre AUBERT Neurosciences et Cancer - U1172 Inserm - U837

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tauopathies

Protéines tau

DEAD-box RNA helicases

Dissertation universitaire

RNA helicases

Protéine tau

ARN hélicases

Mots clés libres

Tau

DDX5

Métabolisme des ARN

Tauopathies

Phosphorylation

Résumé

Les tauopathies regroupent un ensemble de maladies neurodégénératives caractérisées par une agrégation intra-neuronale des protéines Tau hyper et anormalement phosphorylées. L’accumulation de ces lésions altère l’activiténeuronale conduisant, à terme, à la mort des cellules. Bien qu’il ait été déterminé que Tau joue un rôle central dans le développement de ces pathologies, il reste encore de nombreuses zones d’ombre concernant la compréhension de son activité physiologique. La protéine Tau a été initialement décrite comme régulant la dynamique des microtubules au sein des neurones. Cependant, de nombreuses études ont démontré que Tau n’est finalement pas qu’une simple MAP (microtubule associated proteins), mais une protéine pléiotropique impliquée dans de nombreux mécanismes selon sa localisation cellulaire. Au niveau cytoplasmique, la protéine Tau régule notamment le transport axonal et le trafic d’organites, la croissance neuritique ou encore la transmission synaptique. Tau est également présente au niveau nucléaire où elle participe à la protection des acides nucléiques, au maintien de l’hétérochromatine péricentromérique et à la régulation de l’expression des gènes ribosomaux. Récemment, plusieurs travaux ont identifié une interaction entre Tau et diverses protéines impliquées dans le métabolisme des ARN. De manière intéressante, des altérations du métabolisme des acides nucléiques ont été observées chez les patients atteints de tauopathies. Ces données permettent de suggérer que Tau puisse également être impliquée dans ces mécanismes.Afin de déterminer le possible rôle de Tau dans le métabolisme des ARN, nous avons effectué une recherche de nouveaux partenaires protéiques de Tau par une approche de tandem affinity purification (TAP) couplée à de la spectrométrie de masse. L’ARN hélicase à boite DEAD DDX5 a été identifiée grâce à cette technique. DDX5 est une protéine impliquée dans de nombreux mécanismes régulant le métabolisme des ARN tels que la transcription, l’épissage, la biogénèse des micro ARN et des ARNribosomaux ou encore la dégradation des ARNm par la voie NMD (nonsensemediated-mRNA decay).Au cours de cette étude nous avons validé l’interaction entre Tau et DDX5 pardifférentes méthodes in vitro et in cellulo. Dans les mêmes conditions expérimentales,nous avons démontré la présence de DDX17, une autre ARN hélicase à boite DEAD,dans ce complexe et mis en évidence que cette interaction est régulée par la présenced’ARN. Nous avons identifié les séquences de Tau impliquées dans l’interaction avecDDX5 et révélé qu’elles se trouvent au niveau de son domaine riche en proline.L’utilisation de systèmes rapporteurs nous a permis de démontrer que Tau régulepositivement la dégradation des ARNm par la voie NMD de façon DDX5 dépendante.Nos résultats révèlent également que Tau régule négativement l’épissage des pré-ARNm et contrôle l’expression des facteurs d’épissage PTBP1 et PTBP2. De façonintéressante, il est connu que le NMD peut contrôler l’expression de protéinesimpliquées dans l’épissage par le système « Alternative splicing coupled to NMD »(AS-NMD) suggérant que l’effet de Tau dans l’épissage, observé dans nos résultats,puisse dépendre de l’activation de la voie NMD en amont. L’utilisation du mutantpathologique Tau P301S et de mutants phosphomimétiques nous a permis de mettreen évidence que la régulation de Tau dans la voie NMD dépend de son état dephosphorylation notamment au niveau de la thréonine 231, un site localisé au niveaude son domaine riche en proline connu pour être phosphorylé dans les tauopathies.Ces résultats révèlent de nouvelles fonctions de Tau dans le métabolisme des ARN etsuggèrent un impact de la pathologie Tau dans la régulation de la voie NMD.

Tauopathies are neurodegenerative diseases characterized by an intraneuronalaggregation of hyperphosphorylated Tau proteins. The accumulation of these lesionsinduces neuronal dysfunctions leading to cells death. It has been established that Taudysfunctions play a central role to the neurodegenerative process. However, thephysiological functions of these proteins are still incompletely understood. Tau was first described as a microtubule associated protein involved in microtubule stabilization.However, it has been shown that Tau displays additional functions depending of itscellular localization. In the cytoplasm, Tau regulates axonal transport, synapticfunctions and signaling pathway. Tau was found also in the nuclear compartmentwhere it is involved in nucleic acid protection, organization of neuronal pericentromericheterochromatin and expression of ribosomal genes. In addition, studies have demonstrated an interaction between Tau and several RNA binding proteins, known to play a role in RNA metabolism. Moreover, dysfunctions of this mechanism havebeen reported in tauopathies.To gain insights into roles of Tau in RNA metabolism, we used tandem affinity purification coupled to mass spectrometry to identify novel interaction partners. Weidentified DDX5, a DEAD box RNA helicase, as a novel interacting partner. DDX5 is aprotein involved in several RNA metabolic processes such as, transcription, splicing,ribosome and micro RNA biogenesis and nonsense mediated mRNA decay (NMD). Inthis work, we validated Tau-DDX5 interaction and identified the Tau sequence involvedin the interaction. We also showed that this interaction is modulated in a RNA dependent manner and identified the presence of DDX17, another DEAD box RNAhelicase, in this complex. Our results demonstrated that Tau positively regulatesmRNA degradation by NMD pathway in a DDX5 dependent manner. We also shownthat Tau negatively regulates pre-mRNA splicing and expression of splicing factorsPTBP1 and PTBP2. The NMD is known to modulate expression of some splicingfactors through a system called “Alternative splicing coupled to NMD” (AS-NMD)suggesting that Tau effect on splicing could be dependent of NMD activation.Interestingly, Tau phosphorylation, especially the threonine 231 known to be involvedin tauopathies, increased the effect of Tau on NMD pathway.Altogether, our results highlight a link between Tau and the DEAD box RNA helicaseDDX5 and demonstrate an unexpected role of Tau in regulating splicing and NMD pathway. Our findings suggest that a loss of Tau functions may participates directly tothe splicing and NMD target genes misregulation observed in tauopathies.