Rôles physiologiques de l'autophagie chez C. elegans : Relation entre reticulum endoplasmique et autophagie

par Vincent Scarcelli

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Christophe Lefebvre.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-11-2015 .


  • Résumé

    La macro-autophagie (communément appelée autophagie) est un processus intracellulaire vésiculaire dégradatif, très conservé dans le monde eucaryote. Elle consiste en la formation d'une vésicule aplatie appelée phagophore, qui va subir une élongation pour englober les constituants cellulaires à recycler, organelles ou agrégats protéiques. Sa fermeture forme une vésicule à double membrane, l'autophagosome, qui va ensuite fusionner avec le lysosome pour entrainer la dégradation de son contenu. C'est un processus qui peut être aspécifique et participer plutôt à l'homéostasie cellulaire, ou très spécifique et dégrader un composant ciblé. Chez la levure, l'une des protéines essentielle de l'autophagie, Atg8, est recrutée à la membrane du phagophore par un phénomène de lipidation mettant en jeu un mécanisme de conjugaisons successives rappelant la conjugaison de l'ubiquitine. Elle a plusieurs rôles dans le processus, comme l'élongation de la vésicule et la reconnaissance des cibles. Il existe deux familles d'homologues chez les mammifères, GABARAP et LC3. Chacune de ces familles ont un unique homologue chez le vers modèle Caenorhabditis elegans , respectivement LGG-1 et LGG-2. L'équipe « Autophagie et développement » dirigée par Renaud Legouis s'intéresse aux rôles physiologiques de l'autophagie au cours du développement de C. elegans, présentant plusieurs avantages pour ce type d'études, notamment son temps intergénérationnel court (3 jours) et sa transparence. Dans cette optique, des interracteurs de LGG-1 et/ou LGG-2 ont été recherchés par une double approche, de crible double hybride chez la levure et d'immunoprécipitation suivie de spéctrométrie de masse. L'un des candidats présente un intérêt d'étude particulier. Il s'agit d'une protéine de type réticulon, RET-1, localisée au niveau de la membrane du reticulum endoplasmique (RE) et participant à morphologie de celui-ci. L'objectif de mon projet est d'explorer le rôle physiologique de l'interaction de cette protéine avec LGG-1. Il s'agit donc d'étudier la relation RE et autophagie. Nos hypothèses de travail consistent en un rôle dans la dégradation spécifique du RE par autophagie, et un rôle de l'interaction dans l'apport de membrane au phagophore depuis le RE. En outre, des études publiées récemment dans Nature ont montré respectivement une interaction entre : - Atg8 et une protéine à domaine réticulon (Atg40) chez la levure, - LC3/GABARAP et FAM134B, également une protéine « réticulon » dans des cellules humaines et chez la souris. Ces interactions participent à la dégradation du RE par autophagie (ER-phagy) dans ces organismes. La validation du rôle de cette interaction dans un autre organisme modèle, dans un processus très conservé chez les métazoaires, présente un intérêt pour la compréhension générale du processus d'autophagie. En outre, chez C. elegans, il y a des particularités : il n'y a pas d'interaction entre RET-1 et LGG-2, indiquant une certaine spécificité avec LGG-1. De plus, l'interaction semble spécifique aux isoformes longues de RET-1, dont le(s) rôle(s) est encore mal connu. Mon projet repose majoritairement sur des approches d'imagerie optique, in vivo ou d'immunohistochimie. Je chercherai à mettre en évidence l'ER-phagy chez C. elegans, notamment en provoquant un stress UPR (Unfolded Protein Response) du RE, et d'explorer sa modulation dans différents contextes mutants. L'observation des différences de collocalisation entre LGG-1 et RET-1 sera particulièrement intéressante. De plus, en fonction des données que je produirai, je m'intéresserai également à l'éventuel rôle physiologique déterminant de l'ER-phagy au cours de processus développementaux.

  • Titre traduit

    Physiological roles of autophagy in C. elegans : relationship between endoplasmic reticulum and autophagy


  • Résumé

    Macroautophagy (commonly known as autophagy) is an intracellular vesicular degradative process highly conserved in eukaryotic world. It consists of forming a flattened vesicle called phagophore, which will undergo an elongation to include the cellular components to be recycled, organelles or protein aggregates. Its closure forms a vesicle double membrane, the autophagosome, which then fuse with the lysosome to cause degradation of its contents. This is a process that can be rather nonspecific and participate in cellular homeostasis, or very specific and degrade a component targeted. In yeast, one of the essential proteins autophagy Atg8, is recruited to the membrane by a lipidation phagophore phenomenon involving a successive conjugations mechanism reminiscent of ubiquitin conjugation. It has several roles in the process, as the elongation of the vesicle and target recognition. There are two families of homologs in mammals, GABARAP and LC3. Each of these families have a single counterpart in the worm Caenorhabditis elegans model, respectively LGG-1 and LGG -2. The team "Autophagy and development" directed by Renaud Legouis is interested in the physiological roles of autophagy in the development of C. elegans, which has several advantages for this type of study, including its intergenerational short time (3 days) and transparency. In this context, the interractors of LGG-1 and / or LGG-2 were detected by a dual approach, two-hybrid screen in yeast and immunoprecipitation followed by mass spectrometry. One candidate has a particular research interest. This is a reticulon type protein RET-1, localized in the membrane of endoplasmic reticulum (ER) and participating in morphology of the ER. The goal of my project is to explore the physiological role of the interaction of this protein with LGG-1. It is therefore to study the relationship ER and autophagy. Our working hypotheses consist of a specific role in the degradation of ER by autophagy, and a role in the interaction of the membrane contribution to phagophore from the ER. Moreover, recently published studies in Nature showed an interaction between respectively: - Atg8 and reticulon domain protein (Atg40) in yeast, - LC3 / GABARAP and FAM134B, also a "reticulon" protein in human cells and in mice. These interactions are involved in degradation of ER by autophagy (ER-phagy) in these organisms. The validation of the role of this interaction in another model organism, in a process highly conserved in metazoans, is interesting to increase the general understanding of the process of autophagy. In addition, in C. elegans, there are peculiarities: there is no interaction between RET-1 and LGG-2, indicating some specificity with LGG-1. Moreover, the specific interaction seems to be only with long isoforms of RET-1, which (s) role (s) is still unclear. My project mainly based on optical imaging approaches, in vivo or immunohistochemistry. I will seek to highlight the ER-phagy in C. elegans, including causing ER UPR stress (Unfolded Protein Response), and explore its modulation in different contexts mutants. Observing the differences between collocation LGG-1 and RET-1 will be particularly interesting. In addition, based on the data that I will produce, I am also interested in determining the possible physiological role of ER-phagy during developmental processes.