La régulation de transport neuronale par la polyglutamylation des microtubules

Regulation of neuronal microtubule-based transport by polyglutamylation

• Auteur / Autrice : Satish Bodakuntla
• Direction : Carsten Janke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 24/10/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Intégrité du génome, ARN et cancer (2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Poüs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carsten Janke, Christian Poüs, Britta Eickholt, Martin Balastik, Filippo Del Bene, Véronique Marthiens
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Britta Eickholt, Martin Balastik

Mots clés

Mots clés libres

Microtubule Cytosquelette

Neurones

Modifications post-Traductionnelles de la tubuline

Polyglutamylation

Neurodégénérescence

Transport axonal

Microtubule cytoskeleton

Neurons

Posttranslational modifications of tubulin

Polyglutamylation

Neurodegeneration

Axonal transport

Résumé

Le transport intracellulaire implique le mouvement de diverses vésicules et organites par des moteurs moléculaires le long des microtubules, et est donc un processus crucial dans toutes les cellules eucaryotes. Les cellules hautement différenciées, complexes et à longue durée de vie telles que les neurones posent un défi particulier pour le maintien d'un transport efficace et étroitement contrôlé tout au long de la vie d'un organisme. Les défauts du transport axonal ont été impliqués dans de nombreuses maladies neurodégénératives et sont actuellement considérés comme l'un des premiers événements de la voie pathogène. Les mécanismes de contrôle du transport intra-neuronal pourraient donc jouer un rôle important dans l'homéostasie neuronale. Un mécanisme qui a été proposé pendant de nombreuses années pour contrôler le transport intracellulaire sont les modifications post-traductionnelles des voies de transport - les microtubules. Dans ma thèse de doctorat, j'ai testé l'hypothèse qu'une modification de tubuline particulièrement enrichie dans les neurones, la polyglutamylation, contrôle le transport axonal.Au cours de mon doctorat, j'ai établi toutes les méthodes nécessaires pour obtenir des neurones avec des niveaux différents de polyglutamylation en utilisant plusieurs modèles de souris. J'ai ensuite mesuré le transport de différentes cargaisons dans ces neurones. Premièrement, j'ai mesuré le transport des mitochondries et démontré qu'une polyglutamylation accrue de la tubuline, qui cause la dégénérescence des neurones, réduit la motilité des mitochondries. Inversement, dans les neurones à polyglutamylation diminuée, le transport des mitochondries était augmenté. Ces résultats suggèrent que la polyglutamylation de la tubuline est un régulateur dynamique du transport des mitochondries. Pour étudier la spécificité de la régulation du transport par la polyglutamylation, j'ai ensuite mesuré le transport d'autres cargos axonaux. Le transport des lysosomes, des endosomes tardifs et des vésicules de BDNF a été, comme pour les mitochondries, affecté négativement par l'hyperglutamylation.En conclusion, j'ai démontré que la polyglutamylation de la tubuline pourrait être un mécanisme général contrôlant le transport axonal. Considérant nos résultats antérieurs, qui montrent que l'hyperglutamylation induit la neurodégénérescence, les défauts du transport axonal pourraient être l'un des principaux mécanismes moléculaires qui induisent la dégénérescence des neurones avec les microtubules hyperglutamylés.

Intracellular transport involves transporting various vesicles and organelles by molecular motors along the microtubules, and is thus a crucial process in all eukaryotic cells. Highly differentiated, complex and long-lived cells such as neurons pose a particular challenge for the maintenance of an efficient, tightly controlled transport. Defects in axonal transport have been implicated in many neurodegenerative disorders, and are currently considered as one of the early events in the pathogenic pathway. Mechanisms controlling intra-neuronal transport could thus be important players in neuronal homeostasis. A mechanism that was for many years proposed to control intracellular transport is the posttranslational modification of microtubule tracks. In my PhD thesis I tested the hypothesis that one tubulin modification that is particularly enriched in neurons, polyglutamylation, controls axonal transport.During my PhD, I have established all the necessary methods to obtain neurons with differential levels of polyglutamylation using different mouse models. I have then measured the transport of different cargoes in these neurons. First, I have measured mitochondria transport, and demonstrated that increased tubulin polyglutamylation, as found in neurons that degenerate, reduces the overall motility of mitochondria. Inversely, in neurons with decreased polyglutamylation, I have shown that mitochondria transport is increased. These results suggest that tubulin polyglutamylation is a dynamic regulator of mitochondrial transport. To investigate the specificity of transport regulation by tubulin polyglutamylation, I next measured the transport of other axonal cargoes. Transport of lysosomes, late endosomes and BDNF vesicles was, similar to mitochondria, negatively affected by hyperglutamylation.In conclusion, I have demonstrated that tubulin polyglutamylation could be a general tuning mechanism for axonal transport. Considering our earlier findings, which show that hyperglutamylation induces neurodegeneration, defects in axonal transport could be one of the key molecular mechanisms that induce degeneration of neurons with hyperglutamylation.