Caractérisation de l'interaction entre FUS et TDP-43, deux protéines de liaison à l'ARN impliquées dans les maladies neurodégénératives

Characterization of the interaction between FUS and TDP-43, two RNA-binding proteins involved in neurodegenerative diseases

• Auteur / Autrice : Clément Demongin
• Direction : Loïc Hamon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/07/2022
• 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-....) - Structure et activité des biomolécules normales et pathologiques (Evry, Essonne ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Savarin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Séverine Boillée, Caroline Smet-Nocca, David Pastre, Samuel Tranier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Séverine Boillée, Caroline Smet-Nocca

Mots clés

Mots clés contrôlés

Démixtion

Complexes multiprotéiques

Nucléoprotéines

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

Protéine FUS de liaison à l'ARN

Proteine TDP-43 de liaison à l'ARN

Ribonucléoprotéines

Complexes multiprotéiques

Séparation de phase liquide-Liquide

FUS RNA-Binding protein

TDP-43 RNA binding protein

Ribonucleoproteins

Multiprotein complexes

Liquid-Liquid phase separation

Résumé

FUS et TDP-43 sont deux protéines de liaison à l'ARN qui partagent une structure similaire. Elles sont aussi impliquées dans un nombre de fonctions semblables autour de la prise en charge de l'ARN, de son transport, de l'épissage, de la transcription, ou encore de la formation de condensats par le processus de séparation de phases liquide-liquide. Toutefois, elles ont des comportements distincts et des modes de prise en charge de l'ARN qui diffèrent. FUS se lie à l'ARN sans spécificité de séquence, tandis que TDP-43 fait preuve d'une grande spécificité pour des motifs GU. Ces protéines présentent un intérêt majeur puisque leur présence au sein d'agrégats cytoplasmiques est une caractéristique de certaines maladies neurodégénératives dont les caractéristiques cliniques et génétiques s'entrecroisent, comme la SLA, la DFT ou encore la LATE. La présence de ces protéines à la fois au sein de mêmes agrégats, mais aussi de mêmes complexes cellulaires, suppose une convergence dans les mécanismes dans lesquels elles sont impliquées. Par ailleurs, l'interaction entre ces deux protéines a déjà été mise en évidence. Ce travail de thèse s'intéresse à mieux comprendre et caractériser cette interaction, ainsi que leur relation avec l'ARN grâce à des techniques originales. Les expériences menées au cours de ce travail ont permis de confirmer cette interaction, en apportant des éléments nouveaux sur la miscibilité de ces protéines et leur organisation en condensats. Nous avons montré que le domaine RRM de TDP-43 était particulièrement important dans cette interaction, et que les formes pathologiques issues du clivage de TDP-43 perdaient la capacité d'interagir avec FUS, du fait de leur liaison altérée à l'ARN. Enfin, les acquisitions effectuées en AFM à l'échelle de la molécule unique permettent de mettre en évidence le comportement coopératif de ces deux protéines dans la prise en charge de l'ARN.

FUS and TDP-43 are two RNA binding proteins sharing similar structures. They are involved in several functions of RNA processing, such as RNA transport, splicing, transcription, as well as in cell compartmentalization. Despite these similarities, they exhibit distinct behaviours in their RNA-binding modes. FUS can bind RNA non-specifically, while TDP-43 is very specific for GU motif. These two proteins have been found aggregated in cytoplasmic inclusions of neurons from patients with overlapped neurodegenerative diseases as ALS, FTLD, and LATE. The fact that these two proteins were co-aggregated in the same inclusions, and are involved in the same cellular complexes, suggests that they are implicated in common pathways. Thus, the interaction between these two proteins has already been highlighted. This thesis report focuses on a better understanding and characterization of this interaction, in particular on the influence on mRNA, using original approach. Experiments conducted during this work have confirmed the interaction, with a focus on protein miscibility and the compartmentalization mechanisms. Besides, we demonstrated that RRMs of TDP-43 are particularly important for the interaction, while pathological truncated forms of TDP-43 disrupt the interaction with FUS by inducing a change in their RNA binding Finally, data obtained by high resolution imaging by AFM, highlight a cooperative binding of TDP-43 and FUS on RNA.