Caractérisation du trafic cellulaire du canal potassique à deux domaines P UNC-58 par la protéine UNC-44 chez le nématode C. elegans

Cellular traffic characterization of the two-pore domain potassium channel UNC-58 by the UNC-44/ankyrin protein in the nematode C. elegans

• Auteur / Autrice : Philippe Tardy
• Direction : Thomas Boulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire. Génétique. Neurobiologie
• Date : Soutenance le 18/09/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut NeuroMyoGène (Lyon ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Allard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Boulin, Florian Lesage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Lévi, Bénédicte Dargent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caenorhabditis elegans

Ankyrine

Canaux ioniques

Mots clés libres

Canaux ionique

Ankyrine

Spectrine

C. elegans

Addressage membranaire

Ion channel

Ankyrin

Spectrin

C. elegans

Trafficking

Résumé

Les canaux potassiques à deux domaines P (K2P) contrôlent l’excitabilité cellulaire et jouent un rôle central dans l’établissement et le maintien du potentiel de repos membranaire dans la majorité des cellules animales. Depuis leur identification dans les années 90, ces canaux ont été impliqués dans de nombreuses fonctions comme la modulation de l’activité neuronale, l’activité du muscle cardiaque ou encore la physiologie rénale. Malgré l’importance de ces canaux, peu de données existent sur les processus cellulaires qui contrôlent leur fonction in vivo. Au cours de ma thèse, j’ai utilisé des approches génétiques, d’imagerie et d’électrophysiologie pour comprendre comment l’expression, la distribution et l’activité du canal K2P UNC-58 sont contrôlés chez le nématode modèle C. elegans.Pour cela, j’ai effectué un crible suppresseur du phénotype locomoteur du mutant gain de fonction unc-58(e665). J’ai ainsi obtenu 133 mutants présentant une large gamme de niveaux de suppression, suggérant l’implication de plusieurs gènes dans les processus de régulation du canal. En utilisant les technologies de reséquençage complet de génome, j’ai pu cloner six nouveaux gènes requis pour la fonction d’unc 58.J’ai ensuite caractérisé en détail le rôle d’unc-44/ankyrine dans le contrôle du trafic d’unc 58. Ce travail a conduit à 4 conclusions majeures : (1) UNC-58, malgré sa structure de canal potassique, possède en réalité une sélectivité ionique altérée favorisant le passage des ions sodium, (2) l’addition à UNC 58 de protéine fluorescente par approche CRISPR/Cas9 nous a permis pour la première fois d’observer directement la distribution du canal UNC-58 in vivo, (3) l’ankyrine est nécessaire à l’adressage du canal UNC-58 à la surface des muscles et dans les axones des neurones mécanosenseurs ALM. Cette fonction fait intervenir une poche d’interaction lipidique localisée au sein du module Zu5N-Zu5C-UPA d’UNC-44, (4) ce mécanisme est hautement sélectif puisqu’il n’est pas requis pour l’adressage de 6 autres canaux potassiques musculaires. Mon crible a également identifié une interaction génétique entre unc-70/ß-spectrine et unc-44/ankyrine. Toutefois, la nature moléculaire de cette interaction reste encore à préciser

Two-pore potassium channels (K2P) control cell excitability and play a central role in the establishment and the maintenance of the resting membrane potential of almost all animal cells. Since their identification in the late 90s, these channels have been implicated in a large number of functions ranging from neuronal and cardiac activity to kidney physiology. Despite the crucial functions of these channels, comparatively little is known about the cellular processes controlling their function in vivo. During my PhD, I used a wide range of strategies including genetics, microscopy and electrophysiology to understand how the expression, the distribution and the activity of the K2P channel UNC-58 are controlled in the model nematode C. elegans. I have first performed a genetic suppressor screen targeting the locomotion phenotype of the gain of function mutant unc-58(e665). The screen yielded 133 mutants, displaying a wide range of suppression level, suggesting that several genes may be implicated in the channel regulation process. By using whole genome sequencing technologies, I’ve been able to clone six new genes required for the function of UNC-58.Then, I’ve characterized in detail the role of unc-44/ankyrin in the trafficking of UNC 58. This project led to 4 main conclusions : (1) UNC-58, despite its potassium channel structure, has an altered ionic selectivity, allowing preferably sodium ions to pass through the channel (2) the addition of a fluorescent protein to UNC-58 by CRISPR/Cas9 approaches allowed us for the first time to directly observe the addressing of the UNC-58 channel to the muscle surface and axons of ALM mechanosensory neurons. This function involves a lipid binding pocket located within the Zu5N-Zu5C-UPA module of UNC-44, (4) this mechanism is highly selective since it is not required for the addressing of 6 other muscular channels.My screen also identified a genetic interaction between unc-70/ß-spectrin and unc-44/ankyrin. However, the exact molecular nature of this interaction remains to be elucidated