Rôle du complexe CUL4-DDB1 dans le contrôle du développement embryonnaire chez Arabidopsis thaliana

The CUL4-based E3 ligase is involved in the regulation of embryo development in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Eva Dumbliauskas
• Direction : Pascal Genschik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ubiquitine

Plantes -- Expression génique

Protéines végétales

Plantes -- Embryologie

Arabidopsis thaliana

Résumé

La stabilité de nombreuses protéines est régulée par la protéolyse ubiquitine-dépendante, qui participe ainsi au contrôle d’un large éventail de processus physiologiques chez tous les eucaryotes. La spécificité de ce mécanisme repose sur l’action des ubiquitine-E3 ligases, qui permettent la reconnaissance et l’ubiquitination des protéines cibles afin de les conduire au protéasome 26S, lieu de leur dégradation. Parmi ces différentes enzymes E3, une nouvelle classe d’ubiquitine ligases, renfermant la CUL4, a été récemment identifiée. Elles se présentent sous forme de complexes composés des sous-unités CUL4, DDB1 et d’une protéine à domaine WD40, nommée DCAF, qui agirait en tant que récepteur des protéines cibles. Ces CRL4 jouent des rôles importants au niveau chromatinien qui incluent la réparation de l’ADN chez les métazoaires et les plantes, ainsi que le maintien de l’état silencieux de l’hétérochromatine chez la levure. Parmi les récepteurs éventuels des substrats des CRL4, nous avons identifié MSI1, un membre d’une famille de protéines conservée au cours de l’évolution. Ces protéines MSI-like appartiennent à différents complexes multiprotéiques, incluant le complexe PRC2, un régulateur négatif de l’expression de plusieurs gènes. Les résultats obtenus et décrits dans ce mémoire mettent en évidence une interaction physique entre les protéines MSI1 et DDB1A d’Arabidopsis suggérant l’existence d’un complexe multimérique incluant la CUL4. De plus, les mutants perte de fonction cul4 et ddb1 présentent un phénotype d’embryon létalité mais contrairement au mutant msi1, sont incapables de développer un albumen en absence de pollinisation. Néanmoins, l’empreinte parentale du gène MEDEA, une cible directe du complexe PRC2 d’Arabidopsis, est dérégulée dans les mutants cul4. Au sein de ces mutants, une accumulation des transcrits du gène ainsi que de la protéine MEDEA a également été relevée suggérant l’implication du complexe CUL4 dans le contrôle de la répression de MEDEA. Dans l’ensemble, cette étude fournit pour la première fois une preuve de l’existence d’un lien fonctionnel entre une E3 ligase et le complexe PRC2 conduisant à l’implication de l’ubiquitination dans la répression de certains gènes.

Regulation of protein stability by the ubiquitin proteasome system participates in a broad variety of physiologically and developmentally controlled processes in all eukaryotes. In this pathway, a critical step involves ubiquitin ligases (E3s), which facilitate the transfer of ubiquitin moieties to a substrate protein which is then targeted for degradation by the 26S proteasome. Among the different E3 enzymes, a novel class of cullin-containing ubiquitin ligases composed of CUL4, DDB1, and one WD40 protein, believed to act as a substrate receptor and named DCAF, was recently identified. CUL4-Ring E3 ligases (CRL4) play important functions at the chromatin level, including responses to DNA damage in metazoans and plants and, in fission yeast, in heterochromatin silencing. Among putative CRL4 receptors we identified MSI1, which belongs to an evolutionary conserved protein family. MSI1-like proteins contribute to different protein complexes, including the epigenetic regulatory Polycomb Repressive Complex2 (PRC2). Here we provide evidence that Arabidopsis MSI1 physically interacts with DDB1A and is part of a multimeric protein complex including CUL4. CUL4 and DDB1 loss-of-function mutants are embryo lethal, but in contrast to the msi1 mutant do not show autonomous endosperm development in the absence of fertilization. Nevertheless, parental imprinting of MEA, a target gene of the Arabidopsis PRC2 complex, is lost in CUL4-deficient plants. In addition, after pollination both MEA transcript and protein accumulate in a cul4 mutant background. Overall, our work provides the first evidence of a physical and functional link between an E3 ligase and a PRC2 complex thus indicating a role of ubiquitination in the repression of gene expression.