Rôle moléculaire de la spatacsine : régulation de la fonction endolysosomale au niveau des zones de contact entre le reticulum endoplasmique et les lysosomes

The molecular role of spatacsin : regulating endolysosomal function at the level of endoplasmic reticulum-endolysosomes contact sites

• Auteur / Autrice : Alexandre Pierga
• Direction : Frédéric Darios
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 24/01/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Claude Potier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lydia Danglot, Cédric Delevoye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Bomont, Evan Reid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réticulum endoplasmique

Lysosomes

Neurones moteurs

Mots clés libres

Spatacsine

Paraplégie spastique

SPG11

Lysosomes

Réticulum endoplasmique

Sites de contact

Ubiquitine

Tubulation

Spatacsin

Lysosomes

Endoplasmic reticulum

Résumé

Notre objectif durant ce projet a été de définir la fonction moléculaire de la spatacsine et sa localisation cellulaire qui restent mal connues. L’identification de la fonction moléculaire de la spatacsine permettra une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires à l’origine de la mort neuronale dans des modèles de maladie du neurone moteur. Nous avions trois objectifs principaux afin de déterminer la fonction moléculaire de la spatacsine. 1° Tout d’abord il apparaissait important de définir la localisation subcellulaire de la spatacsine qui reste controversée. Notre objectif était d’identifier à quelle(s) membrane(s) se lie la spatacsine et nos résultats préliminaires semblait indiquer qu’elle était principalement localisée au niveau du réticulum endoplasmique, ce que nous avons confirmé. 2° Ensuite, notre deuxième objectif était d’identifier comment la spatacsine pouvait réguler la formation de lysosome tubulaires et notre hypothèse était que cette régulation était liée à la formation de zones de contact entre le réticulum endoplasmique et les lysosomes. 3° Notre troisième et dernier objectif consistait à identifier le rôle de la spatacsine dans la régulation de la dégradation ubiquitine-dépendante. En effet, nos résultats préliminaires indiquaient que la spatacsine interagissait avec plusieurs protéines de la voie ubiquitine-protéasome pour réguler la formation de lysosomes tubulaires.

The loss of spatacsin, involved in hereditary spastic paraplegia type SPG11, causes lysosomal dysfunction. The molecular function of spatacsin has, thus far, remained elusive. Here, we used a combination of trained neural networks and targeted image analysis coupled to an siRNA screen to show that spatacsin function is associated with ubiquitin-mediated proteolysis. We demonstrated that spatacsin controls lysosome morphology and dynamics by acting at the contact sites between the Endoplasmic Reticulum (ER) and lysosomes and that this regulatory function of spatacsin relies on ubiquitin-dependent degradation of AP5Z1. Spatacsin is required for the formation and dynamics of tubular lysosomes. We identified a pool of lysosomes with a tubular shape that corresponds to dynamic lysosomes. The highly dynamic tubular lysosomes we observed in mouse fibroblasts were strongly associated with the ER. Consistent with this finding, spatacsin was localized to the ER and interacted with lysosome-localized spastizin at the contact sites between the ER and lysosomes. We identified AP5Z1, known to interact with spatacsin and localized in lysosomes, as a protein degraded in a ubiquitin- and spatacsin-dependent manner to regulate tubular lysosome formation and motility. However, spatacsin required several of its partners, such as UBR4, to mediate AP5Z1degradation. Importantly, the interaction of spatacsin with its partners, spastizin and AP5Z1, is modulated by the morphology of the ER network and could thus play a role in coupling ER morphology to lysosome function.