Régulation de la voie autophagique par la Gigaxonine E3-ligase, et implication dans les maladies neurodégénératives

par Aurora Scrivo

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Pascale Bomont.

Soutenue le 23-09-2016

à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec Institut des neurosciences de Montpellier (laboratoire) .

Le président du jury était Martine Biard-Piechaczyk.

Le jury était composé de Pascale Bomont, Martine Biard-Piechaczyk, Julien Puyal, Benjamin Dehay, Patrice Codogno, Michel Vidal.

Les rapporteurs étaient Julien Puyal, Benjamin Dehay.


  • Résumé

    L'autophagie est l'une des voies de signalisation qui maintiennent l'homéostasie cellulaire en condition basale, mais aussi en réponse à un stress. Son rôle est essentiel pour assurer plusieurs fonctions physiologiques, et son altération est associée à de nombreuses maladies, parmi lesquelles le cancer, les maladies immunitaires et les maladies neurodégénératives. Un nombre croissant d'études a établi que la voie autophagique est finement contrôlée. Cependant, très peu est connu sur les mécanismes moléculaires assurant sa régulation mais la famille des E3-ligases joue un rôle primordiale. La Gigaxonine est un adaptateur de la famille des E3 ligases CUL3, qui spécifie les substrats pour leur ubiquitination et leur successive dégradation. Des mutations «perte de fonction» de la Gigaxonine causent la Neuropathie à Axones Géants (NAG), une maladie neurodégénérative sévère et fatale, qui impacte tout le système nerveux et provoque une agrégation anormale des Filaments Intermédiaires (FI) dans l'organisme entier. Grâce à la modélisation de la pathologie dans les cellules de patients et chez la souris, le laboratoire a pu mettre en avant le rôle crucial de la Gigaxonine dans la dégradation de la famille des FIs, à travers son activité d'ubiquitination.Au cours de ma thèse, j'ai étudié les mécanismes de neurodégénerescence de la NAG, et la possible altération de la voie autophagique.Pour cela, j'ai développé un nouveau modèle neuronal de la maladie, à partir de notre modèle murin NAG, qui reproduit la mort neuronale et l'agrégation des FIs retrouvées chez les patients. Pour étudier l'implication de l'autophagie dans la neurodégénérescence, j'ai évalué l'effet de la déplétion de la Gigaxonine sur la formation des autophagosomes, le flux autophagique, la fusion avec le lysosome et la dégradation. J’ai ainsi révélé un défaut dans la dynamique autophagique dans les neurones NAG -/-. Pour déchiffrer les mécanismes moléculaires sous-jacents, j'ai étudié l'effet de l'absence de la Gigaxonine sur différentes régulateurs de la voie. En utilisant des techniques complémentaires, j'ai montré que la Gigaxonine est essentielle pour le turn-over d’un interrupteur autophagique, à travers son activité d’E3-ligase.En conclusion, nous avons identifié un nouveau mécanisme moléculaire impliqué dans le contrôle des premières phases de l'autophagie. Non seulement ces résultats présentent une avancée significative dans le domaine de l'autophagie, ils contribuent également à la compréhension de son dysfonctionnement dans les maladies neurodégénératives, et pourraient générer une nouvelle cible pour une intervention thérapeutique chez l'homme.

  • Titre traduit

    Regulation of autophagy by Gigaxonin-E3 ligase, and its involvement in neurodegenerative diseases


  • Résumé

    The autophagic route is one of the signaling pathways that sustain cellular homeostasis in basal condition, but also in response to stress. It has been shown to be crucial for several physiological functions and its impairment is associated with many diseases, including cancer, immune and neurodegenerative diseases. While an expanding number of studies have shown that autophagic route is finely controlled, little is known about the molecular mechanisms ensuring its function, but a fundamental role is sustained by the family of E3 ligases. Gigaxonin is an adaptor of a Cul3-E3 ligase, which specifies the substrates for their ubiquitination and their subsequent degradation. “Loss of function” mutations in Gigaxonin cause Giant Axonal Neuropathy (GAN), a severe and fatal neurodegenerative disorder that impacts broadly the nervous system and cause an abnormal aggregation of Intermediate Filaments (IFs) through the body. Modeling the disease in patient’s cells and in mouse, the laboratory has demonstrated the crucial role of Gigaxonin in degrading the entire family of IFs through its ubiquitination activity.During my PhD, I studied the neurodegenerative mechanisms in GAN disease, and the possible impairment of autophagy pathway.For that purpose, I developed a new neuronal model of the disease from our GAN mouse, which reproduced the neurodegeneration and the IF aggregation found in patients. To investigate the involvement of autophagy in neurodegeneration, I evaluated the effect of Gigaxonin depletion on autophagosome formation, autophagic flux, lysosome fusion and degradation, and I revealed a defect in autophagy dynamics. To decipher the molecular mechanism of autophagosome impairment, I investigated the effect of Gigaxonin depletion on different autophagy regulators. Using complementary techniques, I showed that Gigaxonin is essential for the turn-over of a specific molecular switch, through its E3 ligase activity.Altogether, we identified a new exciting molecular mechanism in the control of autophagy. Not only these findings present a significant advance in the comprehension of the fundamental field of autophagy, but it also contribute in the understanding of its dysfunction in neurodegenerative diseases, and may generate a new target for therapeutic intervention in humans.

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