Une représentation en trois dimensions de l'interface entre l'enveloppe nucléaire et la chromatine

A three-dimensional view of the interface between nuclear envelope and chromatin

• Auteur / Autrice : Camille Samson
• Direction : Sophie Zinn-Justin, Hartmut Oschkinat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 04/04/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Freie Universität (Berlin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Herman Van Tilbeurgh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Zinn-Justin, Hartmut Oschkinat, Herman Van Tilbeurgh, Nicolas Wolff, Christian Freund, Eric C. Schirmer, Chris Weise, Louis Renault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Wolff, Christian Freund, Eric C. Schirmer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallographie

Maladie d'Emery-Dreifuss

Enveloppe nucléaire

Interactions protéine-protéine

Mots clés libres

Rmn

Interactions proteine-Proteine

Enveloppe nucleaire

Cristallographie

Microscopie électronique

Nmr

Protein-Protein interaction

Nuclear envelope

Crystallography

Electron microscopy

Résumé

Le noyau est un organite caractéristique des cellules eucaryotes et les propriétés mécaniques de ce dernier jouent un rôle essentiel dans le comportement de la cellule, notamment sa motilité, sa polarité et sa survie. Le noyau est entouré par une enveloppe comprenant une membrane interne et une membrane externe, ainsi que de nombreuses protéines. Mes objectifs de thèse étaient de comprendre des mécanismes moléculaires déficients dans deux types de maladies génétiques causées par des mutations dans les lamines: la dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss et les syndromes de type progéroïde.Dans un premier temps, nous avons montré que l’émerine s’auto-associe in vitro et en cellules (Herrada et al. ACS Chem. Biol. 2015). J’ai ensuite étudié la structure des oligomères d’émerine, déterminé le fragment protéique minimal nécessaire à la formation de ces oligomères et décrit l’impact de mutations de l’émerine, causant une dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss, sur son auto-assemblage (Samson et al. Biomol NMR Assign. 2016 ; Samson et al. FEBS J. 2016). Puis, j’ai montré que seule cette forme auto-assemblée de l’émerine est capable d’interagir avec la lamine A et que la phosphorylation de l’émerine par la kinase Src, observée suite à un stress mécanique, régule cette interaction entre l’enveloppe nucléaire et le nucléosquelette.Pour finir, j’ai montré que la forme monomérique de l’émerine est capable de former un complexe ternaire avec BAF et la lamine A. Après avoir mesuré les affinités protéine-protéine au sein de ce complexe, identifié les fragments minimaux des différentes protéines permettant de former ce complexe et mis au point un protocole robuste de purification de ce complexe, j’ai pu obtenir des cristaux de ce complexe dans plusieurs conditions. Par la suite, nous avons pu résoudre la structure de ce complexe par remplacement moléculaire avec une résolution de 2 Å. Enfin, j'ai montré que les mutations dans les lamines de type A provoquant des syndromes de type progéroïde pouvaient altérer l'interaction avec BAF in vitro, et nos collaborateurs, l'équipe du Dr B. Buendia (Paris Diderot), ont montré que ces mêmes mutations induisaient une diminution significative de la proximité entre la lamine A et BAF dans les cellules HeLa. Un article, où je suis premier auteur, vient d’être soumis au journal NSMB.

The nucleus is an organelle characteristic of eukaryotic cells and its mechanical properties play an essential role in the behavior of the cell, in particular its motility, polarity and survival. It is surrounded by an envelope comprising an inner membrane and an outer membrane, as well as a large number of proteins. These proteins are either anchored at the nuclear membrane, as emerin, or form a filament meshwork lining the inner nuclear membrane, as lamins. My thesis objectives were to understand molecular mechanisms deficient in two types of genetic diseases caused by mutations in inner nuclear envelope proteins: Emery-Dreifuss muscular dystrophy, associated to mutations in emerin and A-type lamins, and progeroid syndromes caused by mutations in A-type lamins.First, we showed that the emerin protein self-assembles in vitro and in cells (Herrada, Samson et al., ACS Chem. Biol., 2015). I then studied the structure of emerin oligomers, determined the minimal protein fragment necessary for the formation of these oligomers, identify residues forming the structural core of these oligomers by solid-state NMR in collaboration with the group of Prof A. Lange (FMP Berlin), and described the impact of emerin mutations causing Emery-Dreifuss muscular dystrophy on emerin self-assembly (Samson et al., Biomol. NMR Assign. 2016, Samson et al., FEBS J. 2017). Then, I observed, mainly using solution-state NMR, that only the self-assembled form of emerin is able to interact with A-type lamin tail, and that mutants causing Emery-Dreifuss muscular dystrophy and unable to self-assemble are also defective in A-type lamin binding. I also obtained preliminary data showing that phosphorylation of emerin by the Src kinase, observed after a mechanical stress in purified nuclei, regulates the interaction between self-assembled emerin and A-type lamins.Finally, I showed that the monomeric form of emerin is able to form a ternary complex with A-type lamin tail through the chromatin-associated protein Barrier-to-Autointegration Factor (BAF). After having measured the protein-protein affinities within this complex, identified the minimal protein fragments involved in the complex and developed a robust protocol for purification of this complex, I was able to obtain crystals under several conditions. Subsequently, I solved the 3D structure of this complex by molecular replacement at a resolution of 2 Å. Finally, I showed that mutations in A-type lamins causing autosomal recessive progeroid syndromes impair interaction with BAF in vitro, and our collaborators at Univ. Paris Diderot, the team of Dr B. Buendia, showed that these same mutations induce a significant decrease in the proximity between lamin A and BAF in HeLa cells. An article with me as a first author is in preparation that reports all these new data.