TCTP and CSN4 interact to control cell cycle progression and development in Arabidopsis thaliana

par Léo Betsch

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Mohammed Bendahmane et de Judit Szecsi.

Soutenue le 03-11-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (1993-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Gilles Comte.

Le jury était composé de Bertrand Mollereau, Cécile Raynaud.

Les rapporteurs étaient Christine Granier, Pierre Hilson.

  • Titre traduit

    TCTP et CSN4 interagissent pour contrôler la progression du cycle cellulaire et le développement chez Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Bien que les plantes et les animaux diffèrent largement par plusieurs aspects, certaines fonctions biologiques sont extrêmement conservées entre ces deux règnes. Au cours du développement d’un organisme, la mise en place d’un organe possédant une forme, une taille et une fonction précise résulte de la coordination de plusieurs processus cellulaires tel que la prolifération et l’expansion cellulaire. Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) est une protéine très conservée chez tous les eucaryotes. Sa mutation entraine une létalité au stade embryonnaire, démontrant son importance dans le développement de l'organisme. De plus, il a été montré que TCTP contrôlait la croissance des organes en régulant la progression du cycle cellulaire et plus particulièrement la transition G1/S chez les plantes et les animaux. Chez les animaux, les voies moléculaires par lesquelles TCTP contrôle la prolifération cellulaire commencent à être de mieux en mieux décrites. En revanche chez les plantes, ces mécanismes restent très peu connus. Afin de comprendre plus précisément comment TCTP contrôle la prolifération cellulaire et le développement chez Arabidopsis thaliana, les intercateurs potentiels de TCTP ont été identifiés. Parmi eux, CSN4, une sous-unité du complexe COP9 Signalosme (CSN) a été trouvée. CSN est connue pour être impliquée dans le contrôle de l’état de neddylation des CULLINES (CUL) et donc influencent l’activité des complexes CULLIN-RING ubiquitine ligases (CRLs). Les CRLs, par leur activité d’ubiquitination, sont connus pour contrôler l’accumulation de certains acteurs clés du cycle cellulaire, tel que les Cyclines ou les Kip Related Proteins. Au cours de ma thèse, j’ai donc étudié l’interaction entre TCTP et CSN4, afin d’évaluer si le complexe CSN pouvait être l’intermédiaire moléculaire entre TCTP et le cycle cellulaire. Via des approches génétique, biochimiques et cellulaires j’ai pu montrer que TCTP interagissait physiquement avec CSN4 dans le cytoplasme. De plus, par la caractérisation phénotypique de plantes et de cultures cellulaires sur- ou sous-exprimant ces deux gènes, j’ai pu mettre en évidence que TCTP et CSN4 interagissaient génétiquement et que ces deux protéines contrôlaient la transition G1/S du cycle cellulaire. Dans le but de comprendre si l’interaction entre ces deux protéines pouvait interférer avec la fonction du complexe CSN, j’ai analysé par une approche biochimique l’état de neddylation de CUL1 dans les lignées transgéniques. Les données démontrent que la perte de fonction de TCTP accroit la fraction déneddylée de CUL1, alors que sa surexpression augmente la fraction de CUL1 neddylée. Ces données suggèrent que l’interaction est fonctionnelle et que TCTP interfère négativement avec la fonction de CSN. Ainsi, j’ai établi un modèle putatif pour expliquer comment TCTP régule la progression du cycle cellulaire via une interférence avec l’activité de deneddylation du CSN, et donc contrôle l’activité des complexes CRLs. Dans la dernière partie de ma thèse, afin de comprendre si le rôle de TCTP est conservé chez les animaux, j'ai par une approche biochimique évaluée la neddylation de CUL1 chez Drosophila melanogaster. Mes données montrent que comme chez Arabidopsis, la fraction déneddylée de CUL1 augmentait dans des larves de drosophile sous-accumulant TCTP, suggérant que ce mécanisme puisse être conservé entre l’Arabette et la drosophile


  • Résumé

    While plants and animals largely diverge in several major aspects, some biological functions are highly conserved between these kingdoms. During organism development, the correct implementation of organs with unique shape, size and function is the result of coordinated cellular processes as cell proliferation and expansion. Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) is a highly conserved protein among all eukaryotes. TCTP mutation leads to embryo lethality, indicating that it is mandatory for organism development. Moreover, it has been shown that TCTP controls organ growth by regulating the G1/S transition and cell cycle progression both in plants and animals. In animals, the molecular pathways by which TCTP controls cell proliferation are well known. However, in plants, the mechanism implicating TCTP in the control of development and cell cycle is less understood. To better understand how TCTP controls cell proliferation and development in Arabidopsis thaliana, the putative TCTP interactors were identified. Among them, CSN4, a subunit of the COP9 signalosome complex (CSN) known to be involved in the control of CULLINS (CUL) neddylation status and CULLIN-RING ubiquitin ligases (CRLs) activity, was identified. Through their ubiquitination activity, CRL complexes are known to control the accumulation of mains cell cycle regulators as Cyclins or Kip Related Proteins. Thus, during my PhD, I studied the interaction between TCTP and CSN4, in order to evaluate if CSN complex could link TCTP to cell cycle control. I used genetic, cellular and biochemical approaches to demonstrate that TCTP and CSN4 interact in the cytoplasm. Phenotypic characterization of plants and cell cultures down- or overexpressing these genes demonstrated that TCTP and CSN4 interact genetically to control G1/S transition. In order to understand if the interaction between these two proteins could interfere with the CSN complex function, I characterized CUL1 neddylation status in transgenic lines misexpressing TCTP and CSN4. Loss of function of TCTP increases the non-neddylated CUL1 fraction, while overexpression of TCTP increases neddylated CUL1 form. These data show that TCTP interferes with the role of CSN complex in regulating CUL1 neddylation. Accordingly, our data suggest that TCTP controls cell cycle progression via controlling CSN deneddylation activity, and thus influencing CRL activity. In the last part of my PhD, I addressed if this role of TCTP is conserved in animals. I used biochemical approach to evaluate CUL1 neddylation in Drosophila melanogaster downregulated for dTCTP. My data show that Drosophila larvae knockdown for dTCTP also leads to an increase of non-neddylated CUL1 fraction. These data suggest that the mechanism by which TCTP/CSN4 regulate cell cycle, is likely conserved between Arabidopsis and Drosophila


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