Le rôle de Cavβ4 dans la prolifération cellulaire et la régulation génique

The role of Cavβ4 in cell proliferation and gene regulation

• Auteur / Autrice : Mohamad Rima
• Direction : Michel De Waard, Ziad Fajloun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences - Neurobiologie
• Date : Soutenance le 17/10/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Grenoble - L'Unité de Recherche de l'Institut du Thorax (Nantes) - Centre Azm pour la Recherche en Biotechnologie et ses Applications / EDST
• Jury : Président / Présidente : Rita Nabbout
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ziad Fajloun, Philippe Merle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Lemaire, Nassim Farès

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Cellules -- Prolifération

Canaux calciques

Mots clés libres

Canaux calciques

Beta 4

Epilepsie

Calcium channels

Beta 4

Epilepsy

Résumé

Les canaux calciques dépendants du voltage sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que la contraction musculaire, la libération des neurotransmetteurs et la régulation de l’expression génique. Ces canaux sont constitués d’une sous-unité canalaire α1, qui permet l’entrée des ions calciques dans le milieu intracellulaire, généralement associée à différentes sous-unités auxiliaires (α2δ, γ et β) qui régulent les fonctions du canal. La sous-unité auxiliaire β (Cavβ) joue un rôle capital dans l’adressage membranaire du canal et dans la régulation de ses propriétés biophysiques. Des études récentes décrivent cette sous-unité comme une protéine multifonctionnelle capable d’accomplir des fonctions indépendantes du canal. Quatre différentes isoformes de Cavβ sont codées par 4 gènes différents et caractérisées par des similarités structurales mais une distribution tissulaire différente. L’isoforme Cavβ4 est principalement exprimée dans le cerveau et le cervelet jouant ainsi un rôle important dans la régulation des courants calciques neuronaux. L’importance des fonctions neuronales de Cavβ4 a été soulignée par le fait que la mutation R482X de Cavβ4 a été associée à une forme d’épilepsie humaine.Mon travail de thèse a porté sur l’étude du rôle de Cavβ4 dans le contrôle de la division cellulaire et son implication dans la voie de signalisation Wnt. J’ai également étudié l’influence de la mutation R482X sur cette nouvelle fonction de Cavβ4.Dans ce but, des cellules CHO exprimant de manière stable Cavβ4 ou son mutant épileptique (Cavβ1-481) ont été générées et la localisation subcellulaire des deux protéines ainsi que leur implication dans la prolifération et la progression du cycle cellulaire ont été étudiées. Dans ces cellules, Cavβ4 subit une translocation nucléaire et se retrouve préférentiellement dans les nucléoles. Néanmoins, la délétion de 38 acides aminés de l’extrémité C-terminale de Cavβ4, correspondante à la mutation R482X, empêche sa translocation nucléolaire. L’expression de Cavβ4 réduit considérablement la capacité proliférative des cellules. Cette réduction semble être dépendante de la localisation nucléaire, voir nucléolaire de Cavβ4, parce que le mutant Cavβ1-481 n’induit aucune inhibition de la prolifération. D’un autre côté, l’expression de chacune de ces protéines entraine une modification du cycle cellulaire et l’altération de l’expression de certains gènes liés au cycle.Étant donné que la voie de signalisation Wnt/β-caténine est connue comme l'une des voies les plus importantes contrôlant la prolifération cellulaire, j’ai étudié l'effet de l’expression de Cavβ4 sur cette voie. J’ai ainsi pu montrer que Cavβ4, mais pas Cavβ1-481, réduit considérablement la transcription des gènes cibles de la β-caténine et ralenti la prolifération cellulaire. Cette inhibition est due à une interaction directe entre Cavβ4 et TCF4 qui empêche l’interaction de TCF4 avec la β-caténine et prévient la transcription des gènes cibles.L’ensemble de ces résultats suggèrent que Cavβ4 peut jouer un rôle dans le contrôle de la prolifération au cours du développement, en particulier dans les cellules neuronales.

The voltage gated calcium channels are involved in many cellular processes such as muscle contraction, neurotransmitter release and regulation of gene expression. These channels consist of the pore-forming subunit α1 usually associated with different regulatory subunits: α2δ, β and γ. The auxiliary subunit β (Cavβ) plays a key role in regulating membrane trafficking of the channel and its biophysical properties. Recent studies describe this subunit as a multifunctional protein that can also perform calcium channel-independent functions such as gene regulation. Four different isoforms of Cavβ are encoded by 4 different genes and are characterized by structural similarities but different tissue distribution. Cavβ4 isoform is mainly expressed in the brain and cerebellum, thus, playing an important role in the regulation of neuronal calcium currents. The importance of Cavβ4 neuronal functions has been highlighted by its R482X mutation that was associated to a form of human epilepsy.The aim of my thesis was to study the role of Cavβ4 in the control of cell division and its involvement in the Wnt signaling pathway. I also studied the influence of the R482X mutation on this new function of Cavβ4.To this end, CHO cells stably expressing Cavβ4, or its epileptic mutant (Cavβ1-481), were generated and the subcellular localization of the two proteins and their implication in the proliferation and cell cycle progression were studied. In these cells, Cavβ4 undergoes nuclear translocation and is found preferentially in the nucleoli. However, the deletion of 38 amino acids in the C-terminus domain of Cavβ4, corresponding to the R482X mutation, prevents its nucleolar translocation. In addition, the expression of Cavβ4 significantly reduces the proliferative rate of the cells. This reduction seems to be linked to Cavβ4 nuclear localization because the epileptic mutant is unable to slow down cell proliferation. On the other hand, the expression of each of these proteins is able to deregulate cell cycle progression and to alter the expression of many genes linked to the cycle.Since the Wnt/β-catenin pathway is known as one of the most important pathways controlling cell proliferation, I studied the effect of Cavβ4 expression on this signaling pathway. Indeed, Cavβ4, but not Cavβ1-481, substantially reduces the transcription of β-catenin-dependant genes and therefore slows down cell proliferation. This inhibition is due to a direct interaction between Cavβ4 and TCF4 that prevents the interaction of TCF4 with β-catenin, and thereafter negatively regulates the transcription of targeted genes.These findings suggest that Cavβ4 can play a role in the control of proliferation during development, particularly in neuronal cells.