Etude des protéines VFL3 et OFD1 dans le mécanisme d'ancrage des corps basaux chez la paramécie

par Hakim Bengueddach

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

Sous la direction de France Koll.

Soutenue le 14-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Université de Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Théodore.

Le jury était composé de France Koll, Laurent Théodore, Juliette Azimzadeh, Olivier Rosnet, Sophie Saunier, Philippe Bastin.

Les rapporteurs étaient Juliette Azimzadeh, Olivier Rosnet.


  • Résumé

    Les cils sont des organites conservés au cours de l’évolution émanant de corps basaux et qui, motiles ou non, jouent des rôles essentiels dans de nombreux processus physiologiques. Leur formation est conditionnée par le positionnement et l’ancrage correct des corps basaux à la surface cellulaire. Chez la paramécie, trois protéines conservées, FOR20, Centrine 2 et Centrine 3 recrutées séquentiellement jouent un rôle dans ce processus d’ancrage. J’ai réalisé l’analyse fonctionnelle de deux autres protéines évolutivement conservées OFD1 et VFL3 susceptibles d’être impliquées dans cet ancrage. L’analyse d’OFD1 a été également dictée par le fait que sa fonction dans l’assemblage des cils motiles demeurait peu étudiée. Dans l’espèce Paramecium tetraurelia, qui a subi au moins trois duplications globales de son génome au cours de l’évolution, un seul gène code la protéine OFD1 tandis que deux familles VFL3-A et VFL3-B coexistent. La déplétion des protéines de la famille VFL3-B n’ayant pas produit d’effet je n’ai pas pu leur attribuer une fonction mais une de ses isoformes se localise au niveau des corps basaux. Bien qu’OFD1 et les protéines VFL3-A soient impliquées dans le positionnement et l’ancrage des corps basaux, les mécanismes dans lesquels elles interviennent sont différents. Pour OFD1 les défauts d’ancrage étaient associés à des anomalies de formation de la partie distale des corps basaux, ce qui est en accord avec la fonction connue de cette protéine dans l’assemblage des appendices distaux des corps basaux des cils primaires. Elle se localise au niveau de la zone de transition entre les doublets de microtubules et la membrane ciliaire. Les recrutements d’OFD1 et FOR20 au sein des corps basaux sont interdépendants alors qu’il n’y a pas de relation entre le recrutement d’OFD1 et celui de la Centrine 2. Ces observations démontrent une conservation fonctionnelle de la protéine OFD1 dans les mécanismes d’ancrage des cils motiles et précisent ses relations avec FOR20 et Centrine 2. Outre les défauts d’ancrage, la déplétion des deux isoformes VFL3-A induit une distribution anarchique des racines striées qui constituent des marqueurs de leur polarité rotationnelle. Ceci suggère que ces protéines sont impliquées dans l’établissement de cette polarité. Cette polarité étant indispensable au positionnement correct des différents appendices qui guident le mouvement des corps basaux néoformés vers la surface cellulaire, son altération pourrait expliquer les défauts d’ancrage observés. Une isoforme de VFL3-A se localise transitoirement à l’extrémité proximale des corps basaux pères à un stade précoce de leur duplication entre la racine striée et les microtubules auxquels elles sont associées. Cette protéine pourrait donc constituer un facteur extrinsèque contrôlant la polarité du corps basal. L’ensemble de ces résultats souligne la complexité du mécanisme d’ancrage des corps basaux chez cet organisme qui est conditionné non seulement par un assemblage correct de leur extrémité distale mais également par celui de ses structures associées en partie proximale.

  • Titre traduit

    Roles of VFL3 and OFD1 in basal body anchoring process in Paramecium


  • Résumé

    Cilia are evolutionary conserved organelles developing from basal bodies and which play essential roles in many physiological processes. Their development depends upon a correct anchoring of basal bodies at the cell surface. In Paramecium, three conserved proteins, FOR20, Centrin 2 and Centrin 3, sequentially recruited are required for the anchoring process. I analyzed the function of two others conserved proteins, OFD1 and VFL3, likely involved in the anchoring process. In particular, the role of OFD1 in motile cilia biogenesis had not been really studied yet. In P. tetraurelia, which has undergone at least three global genome duplications, a single gene encodes OFD1, while two families VFL3-A and VFL3-B coexist. Depletion of the VFL3-B proteins produced no effect, but VFL3-3 was localized at the basal bodies. Although OFD1 and the VFL3-A proteins are both involved in the positioning and anchoring of the basal bodies, they participate in different mechanisms. Concerning OFD1, the anchoring defects reflected defects in basal body distal part assembly, in agreement with its known role in the assembly of the distal appendages of primary cilia. It localizes in the transition zone, between the microtubule doublets and the ciliary membrane. The recruitment of OFD1 and FOR20 to the basal bodies is interdependent, while OFD1 and Centrin2 were not. These observations demonstrate the conserved role of OFD1 in the anchoring mechanisms in motile cilia and clarify its relations with FOR20 and Centrin 2. In addition to the anchoring defects, depletion of the two VFL3-A isoforms causes an anarchic distribution of the striated rootlets which mark the rotational polarity of basal bodies. This suggests that these proteins are involved in the establishment of this polarity, required for the correct positioning of the different appendages which guide the neoformed basal bodies towards the cell surface. One isoform of VFL3-A is transiently localizes at the proximal tip of the mother basal body, at an early stage of its assembly, between the striated rootlet and the microtubules to which they are associated. VFL3-1 might then be an extrinsic polarity factor for the basal body. Altogether, these results underscore the complexity of the anchoring process which requires not only the correct assembly of the distal part but also of the proximal appendages in Paramecium.


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