Trafic de la protéine prion dans les cellules MDCK polarisées

par Alexander Arkhipenko (Arkhiipenko)

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Chiara Zurzolo.

Le président du jury était Pierre Capy.

Le jury était composé de Chiara Zurzolo, Pierre Capy, Vincent Béringue, Arnaud Echard, Stéphanie Lebreton, André Le Bivic.

Les rapporteurs étaient Vincent Béringue, Arnaud Echard.


  • Résumé

    La Protéine Prion (PrP) est une glycoprotéine ubiquitaire attachée au feuillet externe de la membrane plasmique par une ancre glycosylphosphatidylinositole (GPI). Cette dernière est l’agent infectieux responsable de la maladie Creutzfeld-Jacob ou « maladie de la vache folle ». Cette protéine existe sous sa forme cellulaire mais également sous sa forme infectieuse, nommée PrPSc (Scrapie). Alors que la fonction de PrPSc est établie au cours de la pathogenèse, la fonction de la protéine cellulaire est beaucoup plus énigmatique notamment chez les mammifères. Il est clairement admis que la forme infectieuse découle d’un changement de conformation de la forme cellulaire. Ainsi afin de mieux appréhender le rôle de la protéine prion dans les cellules saines mais également lors de la pathogenèse il apparaît essentiel d’étudier le trafic de cette protéine. La protéine prion est exprimée dans les cellules neuronales qui sont comme les cellules épithéliales des cellules polarisées. J’ai au cours de ma thèse étudié le trafic de la protéine prion dans les cellules polarisées MDCK. MDCK est la lignée épithéliale sur laquelle nous avons la plus grande connaissance. Dans mon travail j’ai utilisé des cellules MDCK polarisées classiquement en culture bidimensionnelle (2D) mais également en culture tridimensionnelle (3D) où les cellules forment des kystes, structures hautement polarisées, physiologiquement proches de l’épithélium in vivo. Il apparaît que dans les cellules MDCK polarisées sur filtre (en 2D) la localisation de la PrP est controversée. Nous avons trouvé que, contrairement à la majorité des protéines à ancre GPI, la PrP suit la voie de transcytose. La PrP qui se retrouve à la membrane basolatérale est transcytosée vers la membrane apicale. De plus la PrP envoyée à la surface apicale est clivée (clivage alpha) générant deux fragments distincts : le fragment C1, pourvu de l’ancre GPI qui reste associé à la surface apicale et le fragment soluble N1 qui est sécrété dans le milieu de culture des cellules MDCK cultivées en 2D ou dans le lumen des cellules MDCK cultivées en 3D. Mon travail permet de mieux comprendre les études réalisées auparavant mais surtout révèle l’existence d’un mécanisme de transcytose de la protéine prion dans les cellules épithéliales. Cette information est essentielle et nous permet de supposer que ce mécanisme pourrait être également utilisé par les cellules neuronales.

  • Titre traduit

    PrP traffic in polarized MDCK cells


  • Résumé

    The Prion Protein (PrP) is a ubiquitously expressed glycosylated membrane protein attached to the external leaflet of the plasma membrane via a glycosylphosphatidylinositol anchor (GPI). While the misfolded PrPSc scrapie isoform is the infectious agent of “prion diseases” the cellular isoform (PrPC) is an enigmatic protein with unclear function. Prion protein has received considerable attention due to its central role in the development of Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs) known as “prion diseases”, in animals and humans. Understanding the trafficking, the processing and degradation of PrP is of fundamental importance in order to unravel the mechanism of PrPSc mediated pathogenesis, its spreading and cytotoxicity. The available data regarding PrP trafficking are contradictory. To investigate PrP trafficking and sorting we used polarized MDCK cells (two-dimensional and tree-dimensional cultures) where the intracellular traffic of GPI-anchored proteins (GPI-APs) is well characterized. GPI-APs that are sorted in the Trans Golgi Network follow a direct route from the Golgi apparatus to the apical plasma membrane. The exception to direct apical sorting of native GPI-APs in MDCK cells is represented by the Prion Protein. Of interest, PrP localization in polarized MDCK cells is highly controversial and its mechanism of trafficking is not clear. We found that full-length PrP and its cleavage fragments are segregated in different domains of the plasma membrane in polarized cells in both 2D and 3D cultures and that the C1/PrP full-length ratio increases upon MDCK polarization. We revealed that differently from other GPI-APs, PrP undergoes basolateral-to-apical transcytosis in fully polarized MDCK cells and is α-cleaved during its transport to the apical surface. This study not only reconciles and explains the different findings in the previous literature but also provides a better picture of PrP trafficking and processing, which has been shown to have major implications for its role in prion disease.


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