DHRSX : revisiter la synthèse du dolichol

DHRSX : revisiting dolichol synthesis

• Auteur / Autrice : Charlotte Althoff
• Direction : François Foulquier, Gert Matthijs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 28/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....) en cotutelle avec Katholieke Universiteit Leuven (Brabant flamand, Belgique ; 1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle (Villeneuve d'Ascq ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Université de Lille (2018-2021) - Katholieke Universiteit Leuven (Brabant flamand, Belgique ; 1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Callaerts
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tony Lefebvre, Wim Annaert, Peter Witters
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dirk Lefeber, Nico Callewaert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies rares

Isoprénoïdes

Métabolisme

Dolichols

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Syndrome CDG

Mots clés libres

Glycosylation

Maladie métabolique pseudoautosomique

Gène DHRSX

Glycosylation

Congenital Disorders

Protein modification

Disease Models

Rare genetic diseases

Résumé

La N-glycosylation est une modification post-traductionnelle essentielle des protéines, se déroulant principalement dans le réticulum endoplasmique (RE) et l'appareil de Golgi. Ce processus consiste en l'attachement d'un oligosaccharide à un résidu d'asparagine sur les protéines, ce qui est crucial pour leur conformation, stabilité et fonction. Un élément clé de la N-glycosylation est le dolichol, un long lipide qui sert de support pour les sucres activés et la synthèse du précurseur oligosaccharidique. Des anomalies dans le métabolisme du dolichol sont à l'origine de plusieurs maladies génétiques appelées « Congenital Disorders of Glycosylation » (CDG), caractérisées par des défauts multisystémiques dus à une glycosylation incorrecte.Les CDG liés au dolichol proviennent de mutations dans les gènes responsables de sa biosynthèse ou de son utilisation, entraînant des symptômes tels que des retards de développement, des déficiences intellectuelles, des crises d'épilepsie et des troubles de la vision. Parmi ces CDG, on trouve DHDDS-CDG, NUS1-CDG, SRD5A3-CDG et DOLK-CDG, qui affectent tous la biosynthèse du dolichol. D'autres mutations dans des gènes tels que DPM1, DPM2, et DPM3 perturbent son utilisation.Cette thèse s'est focalisée sur quatre patients présentant des symptômes neurologiques sévères et des mutations dans le gène DHRSX, selon un mode de transmission récessif pseudoautosomique. Les analyses génétiques et biochimiques ont montré que ces mutations perturbent la N-glycosylation. Les cellules dérivées des patients et les modèles cellulaires HAP1 déficients en DHRSX présentent des défauts similaires, suggérant que DHRSX joue un rôle dans les premières étapes de la N-glycosylation, potentiellement lié à la synthèse du dolichol. Cette découverte fait de DHRSX-CDG la première maladie métabolique pseudoautosomique récessive connue, ouvrant la voie à de nouvelles recherches sur les gènes pseudoautosomiques dans d'autres pathologies.L'utilisation de modèles de levure, qui partagent des mécanismes de glycosylation conservés avec les humains, a permis d'identifier Env9 comme orthologue de DHRSX. Les levures déficientes en Env9 montrent un léger défaut de N-glycosylation, corrigé par l'expression de DHRSX humain, confirmant une fonction similaire. Cette identification d'un gène de levure lié à DHRSX ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre la N-glycosylation.Le Chapitre 5 explore l'activité enzymatique de DHRSX, révélant son rôle dans le métabolisme des isoprénoïdes. Les analyses LC-MS ont montré que DHRSX catalyse la conversion du polyprénol en polyprénal, redéfinissant ainsi le rôle de SRD5A3 dans cette voie. Les défauts de glycosylation observés dans les déficiences en DHRSX et SRD5A3 semblent résulter d'une construction incorrecte de l'oligosaccharide sur le polyprénol au lieu du dolichol.Le Chapitre 6 résout une ancienne énigme de la recherche en glycosylation, confirmant que les défauts observés dans les lignées cellulaires mutantes Lec5 et Lec9 de cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) sont dus à une déficience en DHRSX.Enfin, le Chapitre 7 étudie la localisation subcellulaire de DHRSX dans les cellules HAP1, identifiant les gouttelettes lipidiques comme son principal site d'action. Bien que ces gouttelettes ne soient pas traditionnellement associées à la glycosylation, elles pourraient y jouer un rôle, notamment via DHRSX, impliquant pour la première fois les gouttelettes lipidiques dans la synthèse du dolichol et la N-glycosylation.En conclusion, cette thèse révèle le rôle complexe de DHRSX dans la biosynthèse du dolichol et introduit un nouveau CDG pseudoautosomique, approfondissant ainsi notre compréhension des troubles liés au métabolisme du dolichol.

N-glycosylation is a vital post-translational modification where an oligosaccharide is attached to asparagine residues in proteins. This process, which occurs in the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi apparatus, is essential for protein folding, stability, and function. Dolichol, a long lipid, plays a critical role as a carrier for sugars and nascent oligosaccharides in N-glycosylation. Disruptions in dolichol metabolism are linked to several Congenital Disorders of Glycosylation (CDG), which cause systemic defects due to faulty glycosylation. These disorders result from mutations in genes responsible for dolichol biosynthesis or utilization, leading to symptoms like developmental delays, intellectual disability, seizures, and vision problems.The thesis project investigates four patients with severe neurological and multisystemic symptoms who were found to have mutations in the DHRSX gene, following a pseudoautosomal recessive inheritance pattern. Detailed genetic and biochemical analyses revealed that these mutations disrupt N-glycosylation, marking DHRSX-CDG as the first pseudoautosomal recessive metabolic disorder. This finding suggests that pseudoautosomal genes may play a role in other genetic conditions.Yeast models were employed to study glycosylation, leading to the identification of Env9, a yeast orthologue of DHRSX. Env9-deficient yeast exhibited mild N-glycosylation defects, which were corrected by expressing human DHRSX, confirming the functional similarity between Env9 and DHRSX.Further research explored DHRSX's enzymatic activity, revealing its role in dolichol metabolism. DHRSX was found to catalyze the conversion of polyprenol to polyprenal, revising the previously assumed role of SRD5A3. This dual role of DHRSX in dolichol biosynthesis adds complexity to our understanding of the process. Additionally, glycosylation defects in DHRSX and SRD5A3 deficiencies may stem from the erroneous assembly of lipid-linked oligosaccharides on polyprenol instead of dolichol.The study also resolved a long-standing mystery in glycosylation research by confirming that DHRSX deficiency causes glycosylation defects in mutant Chinese hamster ovary (CHO) cell lines Lec5 and Lec9.Lastly, the research identified lipid droplets as the primary subcellular localization of DHRSX in HAP1 cells, implicating lipid droplets in dolichol synthesis and N-glycosylation for the first time.In summary, this thesis annotates DHRSX, revealing its enzymatic role in dolichol biosynthesis and linking it to a novel CDG, deepening our understanding of how dolichol metabolism defects contribute to disease.