Thèse soutenue

Caractérisation structurale de TDP-43, une protéine de liaison à l’ARN, impliquée dans la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA)
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Auteur / Autrice : Juan Rengifo Gonzalez
Direction : Ahmed Bouhss
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
Date : Soutenance le 02/07/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et activité des biomolécules normales et pathologiques (Evry, Essonne ; 2007-....)
référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
Jury : Président / Présidente : David Pastre
Examinateurs / Examinatrices : Luc Dupuis, Séverine Boillée, Alena Shkumatava, Marie-Jeanne Clément-Lai Chéong
Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Dupuis, Séverine Boillée, Alena Shkumatava

Mots clés

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Résumé

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La Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), ou Maladie de Charcot, est une maladie neurodégénérative fatale et sans remède avec une prévalence de 2,5 à 3 cas par 100 000 habitants. Ce travail de thèse est consacré à TDP-43, une protéine de liaison à l'ARN, impliquée dans cette maladie et retrouvée dans des inclusions cytoplasmiques des neurones et motoneurones de malades SLA. Cette protéine cible principalement des longues séquences d'ARN riches en répétitions GU. En conditions normales, TDP-43 est localisée majoritairement dans le noyau. Elle est impliquée dans des processus d'épissage de l'ARN messager ainsi que dans la maturation et transport des ARNs. TDP-43 est impliquée dans la plasticité neuronale et dans la formation de compartiments appelés « phases liquides » par l'intermédiaire de granules de stress. Auparavant, il a été démontré que le domaine N-terminal (NTD) ainsi que le domaine C-terminal (CTD) intrinsèquement désordonné de TDP-43 sont impliqués dans des autoassemblages constitués de complexes de haut poids-moléculaire. Au cours de ce processus, le rôle des domaines RRMs responsables de la fixation de l'ARN reste à déterminer. Ainsi, le mécanisme déchiffrant le rôle de la fixation de cette protéine à l'ARN, dans son maintien à l'état normal ou pathologique, reste à élucider.Par une approche intégrative, nous avons entrepris une étude approfondie de la fixation de TDP-43 sur de longues séquences poly-GU, trouvées dans des régions introniques de certains pré-ARNm cibles de TDP-43. Nous avons montré que TDP-43 se fixe sur ces cibles poly-GU de manière coopérative en formant des multimères. Un modèle structural 3D a été obtenu lequel met en évidence une interface d'interaction entre deux unités monomériques de TDP-43 qui favorise la multimérisation. Cette interface intermoléculaire implique une poche centrée autour du résidu Val220, localisé dans le domaine RRM2 du premier monomère et la boucle 3 du domaine RRM1 de la seconde unité monomérique. Les résidus d'acides aminés et les interactions mises en jeu, pour la stabilité de cette interface, ont été identifiés. Par la suite, nous avons étudié in cellulo des formes mutées de TDP-43 dont la coopérativité est altérée. Ainsi, nous avons montré que la coopérativité de liaison de TDP-43 à l'ARNm est déterminante pour la solubilité de cette protéine aussi bien que pour la miscibilité de ses condensats dans les granules du stress au niveau du cytoplasme. Enfin, un modèle mécanistique a été proposé selon lequel des assemblages de TDP-43 mettant en jeu ses domaines RRM liés sur l'ARN, limitent des auto-interactions entre les domaines NTD et CTD des unités monomériques adjacentes. Ces assemblages favoriseraient ainsi la dynamique et la solubilité des complexes TDP-43/ARN. Une altération de la coopérativité d'interaction de ce complexe pourrait faciliter une fixation désordonnée de TDP-43 le long des ARNs ce qui favoriserait une abondance des interactions entre les domaines NTD et CTD et ainsi promouvoir l'agrégation de TDP-43. En conclusion, la multimérisation de TDP-43 opérée sur la plateforme ARN cible jouerait ainsi un rôle crucial dans le contrôle de son agrégation et dans certains processus d'épissage des ARN messagers.