L'interaction Caprin1-G3BP1, protéines essentielles dans la formation des granules de stress, favorise le recrutement de l'ARN messager par G3BP1

The interaction of Caprin1 and G3BP1, major proteins in stress granule assembly, promotes the messenger RNA recruitment by G3BP1

• Auteur / Autrice : Kyrylo Lavrynenko
• Direction : Loïc Hamon, Serhii Kropyvko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 16/12/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Académie Nationale des sciences de l'Ukraine. Institut de Biologie moléculaire et de génétique (Kiev)
• 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-....)
• 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 : David Pastre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Obolenska, Stefania Millevoi, Samuel Tranier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Obolenska, Stefania Millevoi
• DOI : 10.70675/bff14a9dz2bf0z437az996dz717aa1046d74

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granules de stress

ARN

Protéines de liaison à l'ARN

Mots clés libres

Protéines de liaison à l'ARN messager

G3bp1

Caprin1

Granules de stress

Messenger RNA-binding proteins,

G3bp1

Caprin1

Stress granules

Résumé

Les protéines de liaison à l'ARN (RBP) jouent un rôle majeur dans la régulation de la traduction de l'ARN messager et l'adaptation du métabolisme cellulaire à divers signaux environnementaux. La présence dans de nombreuses RBP d'une combinaison unique de domaines fonctionnels structurés et de régions intrinsèquement désordonnées, leur permet de générer des condensats riches en ARN par le processus de séparation de phase liquide-liquide. G3BP1 est une RBP centrale dans le processus de protection de l'ARNm lorsque les cellules sont exposées à des stress environnementaux via la formation des granules de stress - des condensats de ribonucléoprotéines qui s'assemblent en réponse au stress. Les granules de stress (SG) pourraient servir de point de contrôle dans la destinée des ARNm : stockage de l'ARNm pour éviter l'expression de protéines inutiles à la survie cellulaire, transfert des transcrits d'ARNm vers les p-bodies pour dégradation ou transfert dans des polysomes pour traduction de protéines essentielles à la survie cellulaire. G3BP1 est un élément central dans l'assemblage des SGs car elle possède des domaines de liaison à l'ARN et une activité hélicase, et interagit spécifiquement avec plusieurs protéines présentes dans les SG comme Caprin1.Le but de cette étude est d'analyser la coopération entre G3BP1 et Caprin1 dans la liaison à l'ARN et la formation de condensats. Des études antérieures mettent en évidence le caractère central de G3BP1 dans l'assemblage de SG, mais G3BP1 ne possède pas de domaine de type prion contrairement aux nombreuses protéines impliquées dans la nucléation des SG et son affinité pour l'ARNm est assez faible. On propose que Caprin1, en tant que partenaire de G3BP1 à travers le domaine NTF2L et également une protéine impliquée dans la formation de stress granules, favorise la liaison de G3BP1 à l'ARNm et son recrutement dans les granules de stress. De plus, on a décortiqué la fonction des différents domaines de G3BP1 dans cette interaction.Pour démontrer l'interaction G3BP1-Caprin1-ARNm, nous avons utilisé plusieurs méthodes de biologie structurale et cellulaire. Nous proposons que Caprin1, qui est à la fois un partenaire connu de G3BP1 via le domaine NTF2-L de G3BP1 et une protéine de liaison à l'ARNm via son domaine de faible complexité riche en RGG, puisse améliorer l'interaction entre ARNm et G3BP1 et favoriser le recrutement de l'ARNm dans les SGs. L'analyse de l'influence des différents domaines de G3BP1 dans cette interaction démontre que l'amélioration du recrutement de l'ARNm via l'interaction avec Caprin1 ne fonctionne que si G3BP1 conserve ses domaines de liaison à l'ARNm. La coopération entre Caprin1 et G3BP1 permet de mieux comprendre la centralité de G3BP1 dans l'assemblage des SGs et ouvre des perspectives sur le recrutement d'ARNm spécifiques lors d'épisodes de stress.

RNA-binding proteins play major role in regulation of messenger RNA translation and the adaptation of cellular metabolism to various environmental signals. This is accomplished due to RBPs possessing unique combination of structured functional domains and non-structured intrinsically disordered regions, which allows them to undergo liquid-liquid phase separation and form separate condensates with mRNA. G3BP1 is a central protein in a network of RBPs that participate in protection of mRNA from environmental stress by forming stress granules - ribonucleoprotein condensates that assemble in response to stress. Stress granules (SGs) might function as checkpoint for mRNA fate: storage of translationally silent mRNA, transfer of mRNA transcripts to P-bodies for degradation or transfer back into polysomes for translation. G3BP1 possesses RNA-binding domains, helicase activity and recruits several proteins into SGs, with some of them considered central nucleators in SG assembly, Caprin1 among them. The aim of this study is to investigate the cooperation between G3BP1 and Caprin1 in RNA-binding and condensate formation. Previous studies evidence the centrality of G3BP1 in SG assembly but, unlike other SG-nucleating proteins, G3BP1 lacks a prion-like domain and its direct mRNA binding is not clear. We propose that Caprin1, which is a known G3BP1 partner through the NTF2L domain of G3BP1 and a SG protein, may promote the G3BP1 mRNA binding and improve the mRNA recruitment in SG. In addition, we analyzed the function of the different G3BP1 domains in this interaction To demonstrate G3BP1-Caprin1-mRNA interplay, we used several methods of structural and cellular biology. We confirmed that G3BP1 and Caprin1 can co-localize and recruit mRNA in vivo, moreover, NTF2L-domain of G3BP1 is needed for this interaction. The mRNA recruiting capabilities of G3BP1 are improved in presence of Caprin1, and the RNA-binding domains of G3BP1 are of fundamental importance. Similarly, the enhanced mRNA recruitment of G3BP1-Caprin1 complex to SGs is at play only when full length G3BP1 is present. The consequence of G3BP1-Caprin1 interaction explain the centrality of G3BP1 in SG assembly and complement the model in which the shift RNA concentration triggers the conformational switch of G3BP1 at the heart of SG assembly by liquid-liquid phase separation.