Étude du complexe de la Dystrophine et de la voie WNT pour structurer l'organisation des protéines membranaires à la surface de la cellule musculaire de C. elegans

Study of the Dystrophin complex and the WNT pathway to structure the organization of membrane proteins on the surface of the C. elegans muscle cell

• Auteur / Autrice : Alice Peysson
• Direction : Thomas Boulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurobiologie et Génétique
• Date : Soutenance le 28/09/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut NeuroMyoGène (Lyon ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Durand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Boulin, Anne Rabut, Vincent Mirouse, Mireille Montcouquiol
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Rabut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dystrophine

Protéines membranaires

Myocytes

Caenorhabditis elegans

Mots clés libres

DAPC

WNT

Canaux ioniques

Muscle

Asymetrie

C. elegans

DAPC

WNT

Ion channels

Muscle

Asymetry

C. elegans

Résumé

Le complexe de la Dystrophine ou Dystrophin-Associated Protein Complex (DAPC) joue un rôle majeur dans la liaison entre les cellules et leur matrice extracellulaire (ECM). Étant donné que ce complexe peut connecter physiquement le cytosquelette d'actine et les protéines de la ECM, il est généralement admis que sa fonction principale est d'assurer la cohésion cytosquelette-ECM le long du sarcolemme musculaire. Ce point de vue est toujours répandu pour expliquer la pathogenèse de la dystrophie musculaire de Duchenne et d'autres maladies musculaires résultant de la perturbation du DAPC. Presque toutes les protéines du DAPC sont conservés chez C. elegans, mais leur localisation subcellulaire précise n'a pas systématiquement été étudiée jusqu'à présent. Par conséquent, nous avons généré des souches Dystrophin/DYS-1, Dystroglycan/DGN-1, Sarcoglycan/SGCA-1/SGCB-1/SGN-1, Syntrophin/STN-1/STN-2 et Dystrobrevin/DYB-1 marquées par fluorescence. Nous avons découvert que les composantes du DAPC sont enrichis à la surface des cellules musculaires dans deux compartiments membranaires, topologiquement distincts, situés aux extrémités opposées de la cellule. De plus, des analyses de microscopie à diffraction limitée ont suggéré que des protéines du DAPC ont des compositions différentes dans une cellule, mettant en évidence un niveau supplémentaire de complexité moléculaire et d'hétérogénéité insoupçonnés. Enfin, en étudiant la localisation subcellulaire des canaux ioniques exprimés dans les muscles, nous avons constaté que TWK-28, TWK-24 et SLO-1 étaient recrutés dans des sous-compartiments encore plus restreints. Par criblage génétique, nous avons découvert que les protéines du DAPC sont impliquées dans la régulation de la distribution des canaux TWK-28 à la surface des cellules musculaires. La distribution polarisée des protéines membranaires à l'échelle cellulaire et tissulaire, et le long de l'axe antéro-postérieur du ver, laisse entrevoir l'implication des voies de polarité cellulaire planaires (PCP). En utilisant une approche de gène candidat, nous avons découvert que des mutants des protéines WNT modifiaient la localisation asymétrique des composantes DAPC et des canaux ioniques, rendant leur motif symétrique le long de l'axe antéropostérieur des cellules musculaires individuelles. Ensemble, ces données révèlent une complexité insoupçonnée de la surface des cellules musculaires de la paroi corporelle de C. elegans. Nos résultats remettent en cause la vision simpliste d'un DAPC purement sarcolemmal et suggèrent que ce complexe protéique conservé pourrait être au cœur de mécanismes cellulaires qui définissent précisément des domaines membranaires permettant de compartimenter des fonctions spécifiques au sein d'une seule cellule.

The Dystrophin-Associated Protein Complex (DAPC) is a major actor of the relationship between cells and their extracellular matrix (ECM). Because this complex can physically connect the actin cytoskeleton and ECM proteins, it is generally assumed that its main function is to ensure Cell cytoskeleton-ECM cohesiveness along muscle sarcolemma. This view is still prevalent to explain the pathogenesis of Duchenne Muscular Dystrophy and other muscle diseases resulting from DAPC disruption. Almost all DAPC components are conserved in C. elegans, however their precise subcellular localization has not been systematically investigated so far. Therefore, we generated fluorescently-labeled Dystrophin/DYS-1, Dystroglycan/DGN- 1, Sarcoglycan/SGCA-1/SGCB-1/SGN-1, Syntrophin/STN-1/STN-2 and Dystrobrevin/DYB-1 knockin strains. We discovered that DAPC components are enriched at the surface of muscle cells in two topologically-distinct membrane compartments, situated at opposite ends of the cell. Furthermore, diffraction-limited microscopy analyses suggested that DAPCs with different compositions exist within a cell, highlighting a further level of unsuspected molecular complexity and heterogeneity. Finally, by investigating the subcellular localization of muscle- expressed ion channels, we found that TWK-28, TWK-24 and SLO-1 were recruited to even more restricted sub-compartments. By genetic screen, we discovered that the DAPCs are implicated in the regulation of TWK-28 channel distribution at the muscle cell surface. The polarized distribution of membrane proteins at the cellular and tissue scale, and along the antero-posterior axis of the worm, hinted at the involvement of planar cell polarity pathways. Using a candidate gene approach, we found that mutants in WNT proteins altered the asymmetric localization of DAPC components and ion channels, rendering their pattern symmetrical along the anteroposterior axis of individual muscle cells. Taken together these data reveal an entirely unsuspected complexity of the surface of C. elegans body wall muscle cells. Our results challenge the simplistic view of a purely sarcolemmal DAPC and suggest that this conserved protein complex may be at the heart of cellular mechanisms that precisely define subcellular membrane domains allowing specific functions to be compartmentalized within a single cell.