Mechanisms of non-centrosomal MTOC formation at the nucleus in muscle cells

par Petra Gimpel

Thèse de doctorat en Complexité du Vivant

Sous la direction de Edgar Gomes et de Simone Spuler.

Soutenue le 04-09-2017

à Paris 6 en cotutelle avec Freie Universität (Berlin). Fachbereich Biologie , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Institut de Myologie (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Bornens.

Le jury était composé de Sigmar Stricker, Christian Kähler.

Les rapporteurs étaient Mónica Bettencourt-Dias, Antoine Guichet.

  • Titre traduit

    Mécanismes non-centrosomaux impliqués dans la formation du centre organisateur des microtubules au noyaux des cellules musculaires


  • Résumé

    Le juste positionnement du noyau durant la formation musculaire semble important pour la fonction musculaire et des défauts ont été associés à plusieurs maladies musculaires. Le positionnement nucléaire dépend des microtubules (MTs), qui sont réorganisés depuis le centrosome, dans les myoblastes proliférants, vers l’enveloppe nucléaire (EN), dans les myotubes différenciés. Cette réorganisation s'accompagne de la redistribution des protéines centrosomales vers l’EN qui adopte le rôle de centre organisateur des microtubules (MTOC) lors de la différenciation myogénique. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Ici, nous avons identifié les protéines Nesprin-1 et Sun1/2, localisées respectivement à la membrane nucléaire externe et interne, comme impliquées dans le recrutement de la fonction MTOC à l’EN. Les cellules déficientes en Nesprin-1 ou Sun1/2 ont montré une localisation altérée des protéines centrosomales dans le cytoplasme et l’absence des MTs depuis l’EN. De plus, Nesprin-1alpha, une myo-isoforme de Nesprin-1, s’associait aux protéines centrosomales Akap450, Pericentrin et Pcm1 dans les myotubes C2C12 et était suffisante pour corriger les défauts observés dans des cellules déplétées en Nesprin-1. Parmi les protéines centrosomales recrutées par Nesprin-1alpha, seule Akap450 semble nécessaire à la nucléation des MTs à l’EN. Ce processus, médié par Akap450 et Nesprin-1alpha, s’est avéré important pour le positionnement nucléaire lors du développement des myotubes. Ces résultats renforcent notre compréhension sur le lien causal entre des défauts lors de la formation du MTOC à l’EN et des défauts de positionnement nucléaire dans les dystrophies musculaires.


  • Résumé

    The accurate position of the nucleus during skeletal muscle formation seems to be important for muscle function, and defects have been associated with numerous muscle diseases. Nuclear positioning requires microtubules (MTs) which are reorganized from the centrosome in proliferating myoblasts to the nuclear envelope (NE) in differentiated myotubes. This dramatic MT reorganization is accompanied by a redistribution of proteins from the centrosome to the NE which thus takes over the function as a microtubule-organizing center (MTOC) during myogenic differentiation. However, the underlying mechanisms are still unknown. Here, we identified Nesprin-1 and Sun1/2, outer and inner nuclear membrane proteins, respectively, to be involved in the recruitment of MTOC function to the NE. Nesprin-1 or Sun1/2 deficient cells displayed mislocalization of centrosomal proteins to the cytoplasm and failed to regrow MTs from the NE. Moreover, the muscle-specific isoform of Nesprin-1, namely Nesprin-1alpha, was shown to be highly associated with the centrosomal proteins Akap450, Pericentrin and Pcm1 in C2C12 myotubes and to be sufficient to rescue the observed defects in Nesprin-1 depleted cells. Among the centrosomal proteins localizing at the NE during myogenic differentiation, solely Akap450 seemed to be required for MT nucleation. Akap450-Nesprin-1alpha-mediated MT nucleation from the NE was demonstrated to play an important role in nuclear positioning during myotube formation. These findings strengthen our understanding on how defects in MTOC formation at the NE can link to nuclear positioning defects in muscular dystrophies.

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