Functional analysis of B9-domain proteins in paramecium

par Cathy Fisch

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Pascale Dupuis-Williams.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Paramécies
• Cils (cytologie)
• Transport biologique

Titre traduit

Analyse fonctionnelle des protéines à domaine B9 chez paramecium

Résumé

Les cils sont des organites eucaryotes dont la structure et les fonctions mobiles et sensorielles sont ou ont conservées des organismes unicellulaires à l’homme. L’importance de ces organites s’est manifestée en découvrant que différents syndromes génétiques comme les polykystoses rénales, les syndromes de Bardet-Biedl, de Meckel-Gruber ou de Joubert (pathologies caractérisées par des défauts développementaux du rein, du cerveau et des membres) sont causés par la perte des fonctions ciliaires. Par la suite, l’analyse protéomique du complexe corps basal/cil et la caractérisation génétique des ciliopathies humaines a permis l’identification de nombreuses nouvelles protéines dont les fonctions cellulaires restent à élucider. En utilisant Paramécium tetraurelia, modèle eucaryote unicellulaire cilié, nous avons caractérisé une famille de protéines à trois membres (MKS1, EPPB9 , et ICIS) qui est impliquée dans les ciliopathies. La localisation de ces protéines au niveau du cil est typique de protéines de la ciliogenèse. Nos analyses d’ARN interférence ont montré que ces protéines étaient essentielles à la survie cellulaire et à la stabilité ciliaire. La suppression de ces protéines interfère avec l’activité sensorielle et la stabilité structurale du cil. L’analyse ultrastructurale montre également de graves défauts de maturation des vésicules de transport, vésicules alimentant le cil en protéines. L’ensemble de nos résultats démontre un rôle fondamental de ces protéines dans le transport vésiculaire vers la membranes ciliaire.

Résumé

Cilia are eukaryotic organelles whose structure and functions in motility and sensation are conserved from unicellular organisms to human. The importance of those organelles has recently come into focus with the discovery that various human genetic syndromes, such as polycystic kidney disease, Bardet-Biedl, Meckel of Joubert syndrome, which are charaterized by the association of developmental defects in the central nervous system and limbs, are caused by the loss of ciliary funtions. Proteomic analysis of the basal body/cilium complex and the genetic characterization of human syndromes identified numerous new proteins that are evolutionary conserved but whose cellular functions remain to be elucidated. Taking advantage of a eukaryotic unicellular ciliated model organism, Paramecium tetraurelia, we characterised a protein family of three members (MKS1, EPPB9 and ICIS) which are implicated in ciliopathies. Localisation of these proteins at the cilium supported their potential role in ciliogenesis. RNA interference analysis showed that these proteins are essential for cell survival and ciliary stability. Their absence caused severe sensorial dysfunction followed by the progressive loss of cilia. Ultrastructural analysis showed that the maturation process of exocytotic vesicles was inhibited. Taken together these results suggest a fundamental role for proteins in the vesicular traffic to the apical cell membrane and targeting to the ciliary membrane.