Rôle structural et fonctionnel de la whirline dans les cellules ciliées de l’oreille interne

The structural and functional role of whirlin in inner ear hair cells during development

• Auteur / Autrice : Yanlei Zhu
• Direction : Nicolas Wolff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance le 24/06/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité récepteurs-canaux
• Jury : Président / Présidente : Catherine Venien-Bryan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Wolff, Aziz El-Amraoui, Françoise Ochsenbein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lu-Yun Lian, Matthieu Sainlos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photorécepteurs (cellules)

Génétique

Usher, Syndrome d'

Oreille interne -- Maladies

Mots clés libres

PDZ

Whirline

Système auditif

Syndrome d'Usher

Biologie structurale

PDZ

Whirlin

Hearing system

Usher syndrome

Structural biology

Résumé

Le syndrome d'Usher est l'un des syndromes neurosensoriels génétiques les plus courants, affectant à la fois la vision et l'audition. A ce jour, neuf gènes portant des mutations sont liés à ce syndrome. Mon projet de thèse porte sur la protéine Usher appelée Whirline, une protéine à domaine PDZ cruciale dans les systèmes auditifs et visuels. Nous avons caractérisé la fonction du troisième domaine PDZ, exposé à l'extrémité C-terminale de la protéine. Le PDZ3 reconnaît au moins sept protéines portant des motifs PBM (PDZ Binding Motif): CASK, MPP1, Myosine 15a, Protocadhérine 15 CD3, Cadhérine 23, Harmonine a1 et Taperine. Nous avons résolu les structures à haute résolution de quatre d'entre elles et mis en évidence la capacité de liaison très variée du PDZ3 de la Whirline à divers partenaires des cellules ciliées cochléaires. Du côté N-terminal de la Whirline, le premier domaine PDZ1 reconnait à la fois des motifs peptidiques et des lipides. Nous avons caractérisé en détail ce PDZ1, isolé et inclus dans des constructions multi-domaines, en interaction avec des protéines et des membranes lipidiques par diverses approches biophysiques. La structure de PDZ1 en complexe avec des PBM partenaires et avec des lipides a été résolu, mettant en évidence les résidus impliqués dans de telles interactions. De plus, nous avons documenté le rôle du domaine HHD1 situé juste en amont du domaine PDZ1 et impliqué dans l'auto-association de la Whirline. L’ensemble de ces propriétés de la Whirline est lié à sa fonction de protéine d'échafaudage qui assure l'ancrage des protéines membranaires Usher, un réseau de protéines sous-membranaires essentielles au développement des cellules ciliées.

Usher syndrome is one of the most common genetic neurosensory syndromes, which affects both vision and hearing. So far, nine genes’ mutations have been found related to the Usher syndrome. My PhD project focuses on one Usher protein Whirlin, a PDZ containing multi-domain scaffolding protein. We characterised the function of the third PDZ domain which is fully exposed at the C-terminus of the protein. PDZ3 recognizes at least seven proteins PBM (PDZ Binding Motif): CASK, MPP1, Myosin 15a, Protocadherin 15 CD3, Cadherin 23, Harmonin a1 and Taperin, and we solved the high-resolution structures of four of them. We highlighted the unexpected binding capacity of the Whirlin PDZ3. The first N-terminal PDZ1 is a domain of dual functions, which recognizes both protein PBM and lipids. We deeply characterised the PDZ1 in interaction with proteins and lipid membranes by various biophysical approaches. We solved the structures of PDZ1 in complex with partner PBM and with lipid, and highlighted the residues specifically involved in such interactions. In addition, we emphasized the role of the upstream N-terminal HHD1 domain adjacent to the PDZ1 domain and involved in the self-association of Whirlin. Altogether, these properties of Whirlin are related to its function as a scaffolding protein that ensures the anchoring of the membrane Usher proteins, a submembrane protein network essential for the development of hair bundle and for the photoreceptor functioning.