Implication de la O-GlcNAcylation dans le trafic intracellulaire : impact de la O-GlcNAc Transférase (OGT) sur le positionnement du système endolysosomal et cartographie de son interactome proximal par BioID

Implication of O-GlcNAcylation in intracellular trafficking : Impact of O-GlcNAc Transferase (OGT) on the positioning of the endolysosomal system and mapping of its proximal interactome by BioID

• Auteur / Autrice : Awatef Ben Ahmed
• Direction : Anne-Sophie Vercoutter-Edouart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 30/05/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de glycobiologie structurale et fondamentale (UGSF)
• Jury : Président / Présidente : François Foulquier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Poüs, Caroline Cieniewski-Bernard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Etienne Morel, Sandrine Étienne-Manneville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie confocale

Microtubules

Protéines rab

Lysosomes

Endosomes

Autophagie

Interactions protéine-protéine

Mots clés libres

O-GlcNAcylation

Autophagie

Système endolysosomal

Rab7

Trafic vésiculaire

Microtubules

O-GlcNAc transférase (OGT)

Transport intracellulaire des protéines

O-GlcNAcylation

Autophagy

Endolysosomal system

Rab7

Vesicular trafficking

Microtubules

Résumé

La O-GlcNAcylation est une modification post-traductionnelle réversible orchestrée par la O-GlcNAc transférase (OGT) qui transfère un seul résidu de GlcNAc sur les Ser/Thr des protéines à partir de l'UDP-GlcNAc. Inversement la O-GlcNAcase (OGA) hydrolyse la liaison O-glycosidique. La dynamique de O-GlcNAcylation régule les propriétés biologiques de nombreuses protéines cibles, dont leur stabilité ou leur activité enzymatique. L'intégration de la dynamique O-GlcNAc en réponse à un stress cellulaire permet aux cellules de mieux s'adapter à leur microenvironnement. Il a notamment été démontré que lors d'un stress nutritionnel, des changements de O-GlcNAcylation de protéines spécifiques régulent le flux autophagique, favorisant ainsi la survie cellulaire. Ce processus catabolique repose sur la formation et la maturation de vacuoles autophagiques qui fusionnent avec les lysosomes. Cette fusion assure la dégradation de composants cytoplasmiques et leur recyclage en précurseurs métaboliques. On dispose en revanche de peu de données sur le rôle de l'OGT dans l'autophagie basale qui, dans des conditions physiologiques, assure la dégradation des protéines et des organites endommagés pour maintenir l'homéostasie cellulaire, notamment au niveau de l'épithélium du colon.Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse était de comprendre comment l'activité de l'OGT régule l'autophagie basale dans des cellules coliques humaines cancéreuses ou non, cultivées dans des conditions riches en nutriments. Grâce à des d'approches cellulaires et à l'imagerie confocale, mes résultats montrent que l'inhibition ou l'extinction de l'OGT induit un blocage du flux autophagique basal dans les deux lignées cellulaires en altérant la maturation des autophagosomes. L'inhibition de l'OGT s'accompagne d'une accumulation périnucléaire anormale des lysosomes et des endosomes, associée à un défaut de colocalisation d'une protéine régulatrice du système endolysosomal, la GTPase Rab7. Dans un second temps, nous avons utilisé la stratégie de BioID pour identifier l'interactome proximal cytoplasmique de l'OGT sensible à son activité catalytique et à l'apport nutritionnel en glucose. L'analyse BioID montre que l'inhibition de l'OGT perturbe son interaction proximale avec deux protéines impliquées dans le cycle d'activation des Rab GTPases, RabGGTA et GDI1. Nous avons également identifié la kinésine KIFC1 et deux sous-unités de la dynéine, qui sont des moteurs moléculaires impliqués dans le transport intracellulaire des organelles le long du réseau de microtubules. Mes résultats d'imagerie confocale suggèrent que l'inhibition de l'OGT altère de manière antagoniste la localisation subcellulaire de ces protéines motrices.Mes travaux de thèse révèlent un rôle critique de l'OGT dans l'autophagie basale et dans l'homéostasie du système endolysosomal. Ils ouvrent de nouvelles perspectives sur la compréhension des mécanismes moléculaires régulant ces processus cellulaires fondamentaux.

O-GlcNAcylation is a reversible post-translational modification orchestrated by O-GlcNAc transferase (OGT), which transfers a single GlcNAc residue from UDP-GlcNAc to Ser/Thr residues of proteins, and O-GlcNAcase (OGA), which hydrolyses the O-glycosidic bond. O-GlcNAcylation regulates the biological properties of many target proteins, including their stability and enzymatic activity. O-GlcNAcylation is part of the cellular response to various stresses, allowing cells to adapt to their microenvironment. In particular, it has been shown that during nutritional stress, changes in the O-GlcNAc status of specific proteins regulate the autophagic flux, thereby ensuring cell survival. This catabolic process relies on the formation and maturation of autophagic vacuoles, which fuse with lysosomes to degrade cytoplasmic components and recycle them into metabolic precursors. However, there is limited data on the role of OGT in basal autophagy, which occurs under physiological conditions to degrade damaged proteins and organelles to maintain cellular homeostasis, particularly in the colon epithelium.In this context, the first aim of my thesis was to understand how OGT activity regulates basal autophagy in human colon cells, both cancerous and non-cancerous, cultured under nutrient-rich conditions. Using cellular approaches and confocal imaging, my results show that inhibition or depletion of OGT induces a blockade of the basal autophagic flux in both cell lines by altering autophagosome maturation. OGT inhibition is accompanied by an abnormal perinuclear accumulation of lysosomes and endosomes, which is associated with a defect in the colocalisation of a key regulatory protein of the endolysosomal system, the Rab7 GTPase. We then used the BioID strategy to identify the cytoplasmic proximal interactome of OGT, which is sensitive to its catalytic activity and glucose supply. BioID analysis shows that inhibition of OGT disrupts its proximal interaction with two proteins involved in the Rab GTPase activation cycle, RabGGTA and GDI1. We also identified the kinesin KIFC1 and two subunits of dynein, which are molecular motors involved in the intracellular transport of organelles along the microtubule network. Confocal imaging results suggest that OGT inhibition antagonistically alters the subcellular localisation of these motor proteins.My dissertation work reveals a critical role for OGT in basal autophagy and the positioning and homeostasis of the endolysosomal system in human cells. These findings open new perspectives for understanding the molecular mechanisms regulating these fundamental cellular processes.