Etude des phénotypes de la phosphorylation de LRRK2 à l'aide de mutants de phosphorylation

Exploring phenotypes of LRRK2 phosphorylation using a phosphosite mutation approach

• Auteur / Autrice : Antoine Marchand
• Direction : Jean-Marc Taymans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Chartier-Harlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Liot, Robert-Alain Toillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Dzamko, Kirsten Harvey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines du transport vésiculaire

Membranes intracellulaires

Membrane cellulaire

Protéines G rab

Phosphorylation

Leucine-rich repeat serine-threonine protein kinase-2

génétique

Maladie de Parkinson

Transport biologique

Protéines membranaires

Membrane cellulaire

Sérine / thréonine kinases

GTPases

Phosphorylation

Génétique

Maladie de Parkinson

Mots clés libres

LRRK2

Parkinson

Phosphorylation

Membranes

Résumé

La maladie de Parkinson (MP) est la maladie motrice neurodégénérative la plus fréquente. Une des causes de la MP est la présence de mutations pathogènes ou de polymorphismes associés à un risque accru de MP au sein du locus du gène LRRK2 (Leucine Rich Repeat Kinase 2). Sa protéine LRRK2 est multiphosphorylée. Or, des défauts de sa phosphorylation sont observées dans le cerveau de tels patients. Cette déphosphorylation de LRRK2 à certains sites entraîne des modifications de ses interactions et de sa localisation cellulaire. Sachant qu’une altération du trafic intracellulaire est observée dans la MP, comprendre le lien entre la phosphorylation de LRRK2 et le trafic membranaire est nécessaire.Cette étude a pour objectif de comprendre les conséquences de la phosphorylation ou de la déphosphorylation de LRRK2 sur ses fonctions cellulaires.Pour cela nous avons généré des mutants des sites de phosphorylation de LRRK2 et étudié l'impact de ceux-ci sur l'activité catalytique de LRRK2, la croissance des neurites, la localisation, l’interaction protéine-protéine et la physiologie lysosomale dans des modèles cellulaires.Nous montrons que la phosphorylation des substrats RAB8a et RAB10 est réduite avec les formes phosphomimétiques de LRRK2 (S860/910/935/955/973/976D), tandis que l'activation de l'activité kinase de LRRK2 induite par RAB29 est renforcée pour les formes déphosphomimétiques de LRRK2 (LRRK2 S860/910/935/955/973/976A). Compte tenu des hypothèses selon lesquelles la pathologie de la MP est associée à une activité kinase accrue de LRRK2, nos résultats suggèrent que pour ses sites de phosphorylation hétérologues, la phosphorylation de LRRK2 est corrélée à des phénotypes protecteurs et la déphosphorylation de LRRK2 à des phénotypes délétères.

Parkinson’s disease (PD) is the most common neurodegenerative motor disease. Mutations in the leucine rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene are linked to autosomal dominant parkinsonism, and genomic variation at the LRRK2 locus is associated with increased risk for sporadic PD. LRRK2 is a multi-phosphorylated protein and reduced phosphorylation is reported in PD patient brains as well as for some disease mutant forms of LRRK2. Dephosphorylation leads to alterations in LRRK2 interactions and subcellular localization. PD is characterized by impaired intracellular trafficking. However, the link between LRRK2 phosphorylation and membrane trafficking is not fully understood.The idea behind this project is to understand the consequences of phosphorylation or dephosphorylation of LRRK2 on its cellular functions.To this purpose, we generated LRRK2 phosphorylation site mutants and studied how these impacted LRRK2 catalytic activity, neurite growth, localization, protein binding and lysosomal physiology in cell models.We show that phosphorylation of RAB8a and RAB10 substrates are reduced with phosphomimicking forms of LRRK2, while RAB29 induced activation of LRRK2 kinase activity is enhanced for phosphodead forms of LRRK2 (LRRK2 S860/910/935/955/973/976A). Considering the hypotheses that PD pathology is associated to increased LRRK2 kinase activity, our results suggest that for its heterologous phosphorylation sites, LRRK2 phosphorylation correlates to protective phenotypes and LRRK2 dephosphorylation correlates to deleterious phenotypes.