Remodelage des condensats RNP neuronaux au cours du vieillissement chez la drosophile

Age-dependent remodelling of RNP condensates in Drosophila neurons

• Auteur / Autrice : Kavya Vinayan Pushpalatha
• Direction : Florence Besse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 22/03/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Valrose (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Weil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Weil, Anne Ephrussi, Simon Alberti, Arnaud Hubstenberger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Ephrussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traduction génétique

ARN

Drosophiles

Neurones

Vieillissement

Mots clés libres

Granules RNP

Vieillissement

Neurones

Drosophile

ARN

Traduction

RNP granule

Aging

Neurons

Drosophila

RNA

Translation

Résumé

Dans la cellule, les molécules d’ARN s’assemblent avec des protéines de liaison aux ARNs pour former des assemblages macromoléculaires très dynamiques appelés granules ribonucléoprotéiques (RNP). Ces assemblages régulent l’expression génique en contrôlant le transport, la stabilité et/ou la traduction des ARNs associés. Des travaux réalisés in vitro ont montré que la formation et la composition des granules RNP reposent sur l’établissement de réseaux denses d’interactions établis entre protéines et ARN, ainsi que sur leur stoechiométrie. Comment les propriétés des granules RNP sont régulées en contexte physiologique, et en particulier lors du vieillissement, est cependant actuellement peu connu. Mon projet de thèse visait à répondre à cette question par une étude in vivo des granules RNP présents dans les cellules neuronales du cerveau de drosophile.A cette fin, j’ai analysé dans des cerveaux d’âge croissant des granules RNP caractérisés par la présence de la protéine de liaison aux ARNs Imp/ZBP1 et de la DEAD-box hélicase Me31B/DDX6. Mes travaux ont révélé une augmentation progressive de la condensation de Imp et Me31B en larges granules au cours du vieillissement. Ces granules sont dynamiques et ne co-localisent pas avec des marqueurs d’agrégation, suggérant qu’ils ne correspondent pas à des agrégats protéiques statiques. Remarquablement, la condensation de Imp et Me31B est associée à la perte des granules Me31B+ Imp- observées dans les cerveaux jeunes, et à la coalescence de Me31B et Imp pour former des granules uniques Me31B+ Imp+. De plus, ce processus est accompagné d’une inhibition spécifique de la traduction des ARNms associés aux granules, parmi lesquels profilin. Par une analyse fonctionnelle, j’ai mis en évidence qu’une modification de la concentration en Me31B est responsable de la condensation de Me31B dans les cerveaux âgés. Alors qu’une augmentation de la quantité de Me31B est observée au cours du vieillissement, enlever une copie de me31B supprime la condensation age-dépendante de ce composant. Étant donné que la condensation de Imp n’est que partiellement affectée dans ce contexte, j’ai réalisé un crible génétique afin d’identifier des régulateurs de ce processus. Ceci m’a permis de montrer que l’activité de la kinase PKA est essentielle d’une part à la condensation de Imp chez les drosophiles âgées, et d’autre part à la répression traductionnelle des ARNms associés aux granules.En conclusion, mon travail a montré pour la première fois que les propriétés des granules RNP neuronaux sont modifiées au cours du vieillissement, un phénomène qui ne reflète pas une altération générale de l’homéostasie des ARNs, mais plutôt une modulation spécifique de la concentration en composants RNP combinée à l’activité de kinase conservée. Ces résultats démontrent comment les systèmes biologiques peuvent moduler des paramètres clés initialement identifiés dans des contextes in vitro, et ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine de la régulation de l’expression génique au cours du vieillissement.

Nascent mRNAs complex with RNA binding proteins (RBPs) to form highly dynamic, phase-separated organelles termed ribonucleoprotein (RNP) granules. These macromolecular assemblies can regulate gene expression by controlling the transport, decay and/or translation of associated RNA molecules. As mostly shown in vitro, RNP granule assembly and function rely on the interaction networks established by individual components and on their stoichiometry. To date, how the properties of constitutive RNP granules are regulated in different physiological context is unclear. In particular, the impact of physiological aging is unclear. My PhD project aimed at addressing this question by analyzing in vivo in long-lived neuronal cells the properties of RNP granules. To this end, I have analysed in flies of increasing age RNP granules characterized by the presence of the conserved RBP Imp/ZBP1 and DEAD-box RNA helicase Me31B/DDX6. Strikingly, a progressive increase in the condensation of Imp and Me31B into granules was observed upon aging. The large granules observed in aged flies were dynamic, contained profilin mRNA, and did not colocalize with Ubiquitin or aggregation markers, suggesting that they do not correspond to static protein aggregates. Increased condensation also associated with the loss of Me31B+ Imp- granules observed in young brains and the collapse of RNP component into a unique class of Me31B+ Imp+ granule. Furthermore, it was accompanied by a specific inhibition of the translation of granule-associated mRNAs, among which the Imp RNA target profilin. Through functional analysis, I uncovered that changes in Me31B stoichiometry trigger Me31B condensation in aged flies. While an increase in Me31B protein levels was observed upon aging, decreasing the dosage of Me31B suppressed its age-dependent condensation. As Imp condensation was only partially suppressed in this context, I performed a selective screen to identify regulators of this process. This revealed that downregulating PKA activity by different genetic means both drastically reduced Imp recruitment and prevented the age-dependent translational repression of granule-associated mRNAs. Taken together, my work thus showed for the first time in vivo that the properties of neuronal RNP granules change upon aging, a phenomenon that does not reflect general alterations in RNA homeostasis but rather specific modulation of RNP component stoichiometry and kinase activity. These results demonstrate how biological systems can modulate key parameters initially defined based on in vitro framework, and also open new perspectives in the field of age-dependent regulation of gene expression.