La spectrométrie de masse - un couteau suisse pour disséquer la structure et la fonction du spermatoprotéasome
Auteur / Autrice : | Dusan Zivkovic |
Direction : | Marie-Pierre Bousquet, Julien Marcoux |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Biologie structurale et fonctionnelle |
Date : | Soutenance le 16/07/2021 |
Etablissement(s) : | Toulouse 3 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de pharmacologie et de biologie structurale (Toulouse ; 1996-....) |
Jury : | Président / Présidente : Christel Lutz |
Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Coux, Frank Sobott, Silke Meiners |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Le protéasome est le complexe enzymatique protéolytique principal de la cellule. Son cœur catalytique (20S) est formé de quatre anneaux heptamériques. Son activité et sa spécificité de substrat peuvent être régulées par les complexes 19S, PA28αβ, PA28γ et PA200 ainsi que par des sous-unités 20S alternatives. La spermatogenèse est un processus de différenciation des cellules germinales mâles: les spermatogonies (SPG) se transforment en spermatocytes (SPC), en spermatides (SPT) puis en spermatozoïdes. Ce processus requière une protéolyse intense. Le spermatoprotéasome (spt20S) est spécifique des gamètes en développement et essentiel à la spermatogenèse. Il diffère du protéasome standard (std20S) par la sous-unité α4s qui remplace la sous-unité constitutive α4. Le spt20S joue un rôle important avec PA200 dans la progression de la méiose, mais les mécanismes qui le rendent différent du std20S restent inconnus. Nous avons établi des stratégies protéomiques complémentaires pour caractériser les complexes du protéasome immunopurifiés à partir de testicules. L’analyse Top-Down de protéasome purifié, nous a permis de montrer pour la première fois qu’α4s et α4 portent les mêmes MPTs. La protéomique Bottom-Up, nous a permis de comparer les immunopurifications (IPs) de protéasomes totaux avec celles obtenues avec un anticorps spécifique du stp20S que nous avons développé. Nous avons établi qu’α4 et α4s ne coexistent pas dans le même 20S, bien qu'ils soient presque également abondants dans les testicules. Nous avons également trouvé plus de 19S et de PA200 liés au spt20S qu’au std20S. Les autres protéines préférentiellement associées au spt20S incluent PI31 et Fbxo7 qui sont cruciales pour la fertilité et d’importants médiateurs du transport du protéasome et de l'ancrage des E3 ligases - deux processus qui semblent cruciaux pour la fonction du spt20S pendant la spermatogenèse. Nous avons ensuite obtenu des cellules germinales à différents stades de la différenciation et l'analyse protéomique des lysats ainsi que des IPs, nous a permis d’établir un interactome dynamique du protéasome tout au long de la spermatogenèse. Nous avons observé un changement total du std20S au spt20S entre les SPG pré-méiotiques et les SPC/SPT méiotiques et post-méiotiques. Un changement d'expression semble responsable, plutôt qu’une incorporation préférentielle d’α4s. En entrant dans la méiose, l'association de PA200 avec le protéasome a augmenté 7 fois, confirmant son importance dans le développement des gamètes. Bien que PA200 soit d’après la littérature le principal activateur du spt20S, nous montrons que le 19S est est en réalité majoritaire, lié à 60% des 20S dans les SPC - une activation du protéasome sans précédent. De nombreux partenaires du spt20S sont identifiés à la fois dans les cellules germinales et dans les testicules entiers, montrant la robustesse de nos méthodes