The role of tubulin polyglutamylation and its potential effectors in spermatogenesis

par Aleksandra Anna Lawera

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Jérôme Déjardin et de Krzysztof Rogowski.

  • Titre traduit

    Le rôle de la polyglutamylation de la tubuline et de ses effecteurs potentiels dans la spermatogenèse.


  • Résumé

    Les microtubules sont des éléments du cytosquelette, composées d'hétérodimères de tubuline de type α et β. Ils jouent un rôle important dans plusieurs processus cellulaires, dont le transport cytoplasmique, la mobilité et la division cellulaire. Cependant, les mécanismes par lesquels les microtubules sont adaptés à ces rôles très différents restent largement méconnus.Les modifications post-traductionnelles de la tubuline pourraient contribuer à la diversité de fonction des microtubules. Parmi celles-ci, la polyglutamylation pourrait jouer un rôle important en changeant d'une manière importante les propriétés des microtubules, et les adaptant ainsi à leurs différents rôles. La polyglutamylation correspond à l'addition de longues chaînes latérales d'acides glutamiques aux extrémités C-terminales des tubulines α et β. Ces régions sont des sites connues d'interactions de la tubuline avec ses protéines associées (MAP) et les moteurs moléculaires. Au cours de mes travaux, j'ai étudié le rôle de polyglutamylation de la tubuline dans le développement des spermatozoïdes. En utilisant la souris et la drosophile comme organismes modèles, j'ai montré que le changement de niveau de polyglutamylation de la tubuline dans les spermatozoïdes, soit par une régulation positive soit par régulation négative, provoque des anomalies structurales des spermatozoïdes et entraîne une stérilité des mâles. J'ai également étudié la rôle de la katanine, un enzyme coupant les microtubules, effecteur potentiel de la polyglutamylation. J'ai montré qu'en absence de la katanine, la production des cellules germinales est gravement compromise chez les mâles, provoquant également une stérilité. Pris ensemble, ces résultats démontrent que la régulation de polyglutamylation de la tubuline est indispensable pour le développement correct des spermatozoïdes et que son effet pourrait être médié par la katanine, enzyme dont l'activité pourrait dépendre de la polyglutamylation de la tubuline.Durant mes travaux, j'ai également développé une nouvelle technique de production des microtubules différentiellement glutamylés. En utilisant comme matière primaire de la tubuline de cerveau porcin, hautement polyglutamylée, j'ai réalisé une déglutamylation produisant ainsi une tubuline déglutamylée. En utilisant les deux types de microtubules (avec ou sans polyglutamylation), il est possible de tester si les interactions entre les microtubules et les MAP dépendent de la polyglutamylation de la tubuline.


  • Résumé

    Microtubules are essential cytoskeletal elements composed of α- and β-tubulin heterodimers. They are involved in a number of cellular processes, including intracellular transport, cell motility and cell division. However, how microtubules can adapt to all these different functions remains largely unknown. One of the mechanism, which could contribute to microtubule diversity are posttranslational modifications of tubulin. Among tubulin modifications polyglutamylation has a high potential for changing microtubule properties and thus adapting them to different roles. It consists of addition of long glutamate side chains to multiple glutamate residues located in the C-terminal tail of both α- and β-tubulin, which are known as interaction sites for many microtubule associated proteins (MAPs) and molecular motors. In my studies I focused on the role of polyglutamylation in sperm development. Using mice and Drosophila as model systems, I showed that changing the levels of this modification, either by up- or downregulation, results in the assembly of structurally abnormal sperm and causes male sterility. In addition, I also addressed the role of one of the potential effectors of polyglutamylation, a microtubule-severing enzyme called katanin. I demonstrated that in the absence of katanin the production of male germ cells is severely compromised leading to male sterility. Taken together my data suggest that proper balance of tubulin polyglutamylation is essential for sperm development and that its effects may be mediated by katanin whose activity has been proposed to be dependent on tubulin polyglutamylation. Moreover, during my PhD project I developed a method for production of differentially glutamylated microtubules. Using porcine brain tubulin, which is known to be highly glutamylated, as a starting material I perform deglutamylation to obtain the non-glutamylated version of it. Obtaining these two types of tubulin allows now to directly testing whether the interactions between microtubules and the MAPs of interests are dependent on tubulin polyglutamyaltion.

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