La O-GlcNAcylation et son interaction avec la phosphorylation : quel impact sur la cytoarchitecture et la fonction du muscle squelettique ?

O-GlcNAcylation and its interplay with phosphorylation : which impact on cytoarchitecture and the function of skeletal muscle ?

• Auteur / Autrice : Charlotte Claeyssen
• Direction : Caroline Cieniewski-Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 11/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Recherche Pluridisciplinaire Sport, Santé, Société (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Tony Lefebvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Onnik Agbulut, Benjamin Lauzier, Capucine Trollet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tarik Issad, Sabrina Batonnet-Pichon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines de choc thermique

Protéines des filaments intermédiaires

Glycosylation

Phosphorylation

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Muscles striés

Mots clés libres

O-GlcNAcylation

Cytosquelette sarcomérique

Myotubes

O-GlcNAcylation

Skeletal muscle

Desmin

AlphaB-Crystallin

Sarcomeric cytoskeleton

Phosphorylation

Résumé

L'organisation stricte et régulière des myofibrilles du muscle strié squelettique résulte d'une structure moléculaire semi-cristalline regroupant les protéines contractiles (motrices et régulatrices) et structurales. Cette organisation sarcomérique est essentielle pour assurer la génération et la transmission d'une force. En plus des protéines contractiles, la structure et la fonction du muscle squelettique dépendent également d'un assemblage macromoléculaire complexe de protéines structurales appelé « cytosquelette sarcomérique » ; celui-ci permet la localisation précise et régulière des protéines contractiles et donc un développement efficace de la force. Loin d'être une organisation statique, le cytosquelette est au contraire une structure très dynamique impliquant des interactions protéines-protéines finement régulées. La régulation de ces interactions protéiques implique des modifications post-traductionnelles (MPTs), la plus connue étant la phosphorylation.Toutefois, il existe une autre modification post-traductionnelle, l'O-GlcNAcylation, une glycosylation atypique intervenant entre autres sur les protéines du muscle squelettique. Cette MPT pourrait être essentielle à l'organisation sarcomérique. En effet, des données préliminaires du laboratoire ont montré qu'un changement d'O-GlcNAcylation dans des myotubes est étroitement associé à la réorganisation sarcomérique, corrélée à des changements d'O-GlcNAcylation des protéines myofibrillaires. De manière intéressante, la modulation de l'interaction entre la desmine, une protéine majeure des filaments intermédiaires, et son chaperon moléculaire, la petite protéine de choc thermique αB-cristalline, semble être impliquée dans ces changements morphométriques du sarcomère. Cependant, ni le rôle précis de l'O-GlcNAcylation sur la desmine et l'αB-cristalline, ni son interaction avec d'autres MPTs ne sont connus.Ainsi, l'objectif principal de ma thèse était la caractérisation du rôle de l'O-GlcNAcylation sur les propriétés de la desmine dans des cellules musculaires squelettiques. Pour cela, nous avons utilisé des composés pharmacologiques conduisant à des changements du taux global de l'O-GlcNAcylation dans des myoblastes différentiés en myotubes. Nous avons ensuite analysé le niveau protéique, la partition ainsi que l'interaction de nos protéines d'intérêt et nous nous sommes intéressés à la dynamique entre les différentes MPTs de ces protéines. Enfin, nous savons que la desmine est une protéine de structure majeure du cytosquelette sarcomérique en particulier par son interaction avec de nombreuses protéines au sein d'un interactome complexe. Nous avons donc analysé cet interactome grâce à une analyse protéomique à la suite de changement d'O-GlcNAcylation.Outre son impact sur les protéines structurales, il est connu que l'O-GlcNAcylation modifie de nombreuses protéines contractiles et régulatrices. Cette MPT est également impliquée dans la modulation des paramètres d'activation calcique du muscle strié squelettique. En revanche, son rôle dans la régulation de l'activité contractile est encore méconnu. Le second objectif de mes travaux était de déterminer le rôle de l'O-GlcNAcylation sur la fonction du muscle squelettique dans un modèle in vivo. Afin de réaliser cet objectif, nous nous sommes employés à moduler le taux d'O-GlcNAcylation dans le muscle squelettique par une stratégie d'ARN interférents (siARN). Ces siARN étaient dirigés contre les deux enzymes impliquées dans le processus d'O-GlcNAcylation (OGT et OGA).L'ensemble des données issues de ces travaux ont donc permis de définir plus précisément le rôle de l'O-GlcNAcylation dans les mécanismes gouvernant la fonction sarcomérique, en particulier son impact sur les propriétés de la desmine. En effet, nos données caractérisent l'impact des changements d'O-GlcNAcylation sur l'organisation et la réorganisation du cytosquelette sarcomérique via la desmine, protéine majeure des filaments intermédiaires.

The strict organization of striated muscle myofibrils results in a semi-crystalline molecular structure regrouping the structural protein and the contractile (motor and regulatory) proteins. This sarcomeric organization is essential to ensure the generation and the transmission of force. In addition to the contractile proteins, the structure and function of the sarcomere also depends on a complex macromolecular assembly of structural proteins termed “sarcomeric cytoskeleton”, which permits the precise and regulated localization of the contractile proteins and therefore an efficient development of force. Rather than being a static organization, the cytoskeleton is on the contrary a highly dynamic structure involving tight regulation of protein-protein interactions. The regulation of the protein-protein interaction involves post-translational modifications (MPTs), and in particular the phosphorylation.However, recent data suggest that another post-translational modification, the atypical glycosylation O-GlcNAcylation, could be also essential to sarcomeric organization. Indeed, preliminary data of the lab showed that the modulation of global O-GlcNAcylation level in differentiated myotubes was closely associated to sarcomeric reorganization, correlated with the dynamic O-GlcNAcylation changes of myofibrillar proteins. Interestingly, the modulation of interaction between desmin, a key protein of intermediate filament, and the small heat shock protein αB-crystallin, its molecular chaperone, seems to be involved in these morphometric changes of the sarcomere. However, the precise role of O-GlcNAcylation on desmin and αB-crystallin, nor its interplay with other PTMs, is unknow.Thus, the main objective of my thesis proposal is the characterization of the role of O-GlcNAcylation on the desmin properties in skeletal muscle cells. In particular, using pharmacological compounds leading to global O-GlcNAcylation level changes in myoblasts differentiated in myotubes. We analyzed protein level, partition and interaction of our proteins of interest and the interplay between these MPTs.Besides its impact on structural proteins, it is known that O-GlcNAcylation modifies several contractile and regulatory proteins. This MPT is also involved in the modulation of calcium activation parameters of skeleton striated muscles. In contrast, its role in the regulation of contractile activity is still unknown. The second objective of my work was to determine the O-GlcNAcylation role of skeletal muscle function in in vivo model. In order to realize this objective, we modulated global O-GlcNAcylation level in skeletal muscle thanks to siRNA strategy. These siRNA were directed against the two enzymes involved in O-GlcNAcylation process (OGT and OGA).Altogether the data gained from my work permitted to finely define the role of O-GlcNAcylation in processes governing the sarcomeric function, and in larger extent, its impact on desmin properties. Indeed, our data characterize the impact of O-GlcNAcylation changes on organization and reorganization of sarcomeric cytoskeleton via desmin, the major protein of the intermediate filaments.