Etude de l'interaction entre un module de polarité Rho GTPase et l'environnement membranaire chez Saccharomyces cerevisiae / Julien Meca ; sous la direction de Derek McCusker

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Catalogue Worldcat

Polarité (biologie)

Saccharomyces cerevisiae

Phospholipides

McCusker, Derek (Directeur de thèse / thesis advisor)

Javerzat, Sophie (1965-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Bassilana, Martine (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Echard, Arnaud (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Čopič, Alenka (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Doignon, François (1963-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Bordeaux (2014-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : La polarité cellulaire, organisation asymétrique du matériel cellulaire dans l'espace et le temps, est fréquemment observée en biologie. Elle est nécessaire pour de nombreux mécanismes cellulaires essentiels allant de la division cellulaire et la migration au développement et la croissance polarisée. Comprendre comment la cellule génère et maintient cette polarité est crucial, les défauts de polarité étant liés à des maladies graves comme le cancer ou les maladies neurodégénératives. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, la polarité cellulaire est établie lorsque le module de la Rho GTPase Cdc42, qui comprend le facteur d'échange de nucléotide guanine (GEF) Cdc24 et la protéine scaffold Bem1, localise à un unique site à la membrane plasmique pour activer Cdc42 et ainsi, établir un axe de polarité utilisé pour la croissance et la division cellulaire. Les mécanismes responsables de l'activation de Cdc42 à un site unique au cortex pendant l'établissement de la polarité sont essentiels mais largement inconnus. En utilisant des expériences complémentaires d'imagerie in vivo et des expériences in vitro, je mis en évidence que le ciblage avide du module de Cdc42 à la membrane plasmique implique des interactions multivalentes entre des lipides anioniques et le module de Cdc42. En détail, j'ai démontré que la combinaison de plusieurs phospholipides anioniques, comprenant PS, PI4P et PI(4,5)P2, est nécessaire à la localisation de Bem1 et Cdc24 in vivo. J'ai identifié des groupements cationiques interagissant avec des lipides (CLICs) dans l'extrémité N-terminale de Bem1 qui étaient nécessaires et suffisants pour interagir avec des phospholipides anioniques. Réduire l’interaction de Bem1 avec les lipides en mutant la séquence CLICs a fortement diminué la localisation de Bem1 au niveau du cortex ainsi que la signalisation de Cdc42. En plus des CLICs de Bem1, le domaine PX de Bem1 et le domaine PH de Cdc24 augmentent davantage l'avidité du module GTPase pour les lipides anioniques et la combinaison des trois domaines est essentielle pour l'établissement de la polarité cellulaire. Ces résultats définissent pour la première fois le mécanisme de ciblage avide des activateurs de Cdc42 à la membrane plasmique pendant l'établissement de l'axe de polarité.

Résumé / Abstract : Cell polarity, the asymmetric organization of cell material in space and time, is frequently observed in biology. It is required for numerous essential cellular processes ranging from cell division and migration to development and polarized growth. Addressing how cells generate and maintain polarity is crucial, since defects in polarity are linked to severe diseases including cancer and neurodegeneration. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, cell polarity is established when the Cdc42 Rho GTPase module, which includes the Guanine nucleotide Exchange Factor (GEF) Cdc24 and the scaffold protein Bem1, accumulate at a unique site on the plasma membrane to activate Cdc42 and establish the polarity axis used for cell growth and division. The mechanisms responsible for the site-specific activation of Cdc42 at the cortex during polarity establishment are essential but are largely unknown. Using complementary in vivo imaging and in vitro experiments, I found that the avid targeting of the Cdc42 GTPase module to the plasma membrane involves multivalent anionic lipid-Cdc42 module interactions. I found that a combination of anionic phospholipids, including PS, PI4P and PI(4,5)P2, are necessary for Bem1 and Cdc24 localization in vivo. I identified Cationic-enriched Lipid Interacting Clusters (CLICs) in the N-terminus of Bem1 that were necessary and sufficient for anionic phospholipid interactions. Reducing Bem1 lipid binding by mutating the CLICs strongly diminished the localization of Bem1 at the cortex and Cdc42 signaling. In addition to the Bem1 CLICs, the Bem1 PX domain and the Cdc24 PH domain increased the avidity of the GTPase module for anionic lipids, and a combination of all three domains was essential for the establishment of cell polarity. The results of my thesis define a mechanism of avid targeting of Cdc42 activators to the cortex during polarity axis establishment.