Study of the CEP90-FOPNL and OFD1 complex in the basal body anchoring process
Etude du complexe CEP90-FOPNL et OFD1 dans le processus d’ancrage des corps basaux
Résumé
Centrioles are highly conserved structures throughout evolution. They are organized in a 9-fold symmetry of microtubule triplets. In animals, centrioles are building blocks of the centrosome. The centrosome is the main organizing center of microtubules and is necessary for fundamental processes such as cell division and polarity. Under specific conditions, the mother centriole is able to migrate and anchor to a cell membrane to build a cilium. The anchoring process involves the distal extremity of the mother centriole and in particular the distal appendages. During ciliogenesis, the mother centriole matures and is called the basal body. The distal appendages mature in transition fibers and determine the proximal extremity of the transition zone, which acts as a filter to ensure the specificity of the protein and lipid composition of the cilium. During evolution, the structure of cilia is highly conserved, despite variations between organisms have been observed. Cilia play an essential role in signaling and / or motility. Consequently, in humans, rare genetic diseases originate from ciliary defects causing poly-malformation syndromes called ciliopathies. During my thesis, I was interested in identifying new actors of basal bodies anchoring using two complementary models: human cell cultures and Paramecium Tetraurelia. The basal bodies in Paramecium are all anchored to the plasma membrane and did not display any centriolar stages. Consequently, in this organism, anchoring defects are characterized by the presence of easily observable non-anchored basal bodies. Using this model, members of the team have already characterized the involvement of 4 proteins in the basal bodies anchoring: Cen2, OFD1, FOPNL and Cen3. In human, FOPNL, OFD1 and MNR form a complex involved in ciliogenesis, MNR and OFD1 both being involved in ciliopathies. To The search of novel actors involved in the basal body anchoring process has been achieved using BioID, a proximity identification technic, using FOPNL as a bait. We determined that the CEP90 protein is localized in the close environment of FOPNL. In human cells, CEP90 shares the same localization as FOPNL and OFD1 at centrioles and centriolar satellites and is also involved in ciliopathy. Using a super-resolution imaging technique called expansion microscopy, we show that CEP90, FOPNL, and OFD1 are organized in 9-fold symmetry at the distal part of the centrioles and basal bodies, close to the distal appendage protein CEP83. The recruitment of CEP90, FOPNL and OFD1 at basal bodies is interdependent and the absence of one of these proteins leads to basal body anchoring defects in Paramecium. In mammals, the depletion of FOPNL or CEP90 affects the recruitment of 3 distal appendage proteins (CEP83, CEP89 and CEP164). In mammalian cells, we demonstrated that CEP90 and OFD1 are recruited during duplication on early born procentrioles and that the co-overexpression of MNR and CEP90 is sufficient to recruit OFD1 and CEP83 along the microtubule network. Altogether these results shed new light on the basal body anchoring process. In addition, the early recruitment of CEP90, FOPNL and OFD1 complex on newly born procentrioles led us to propose that the localization of the complex specify the future location of the distal appendages. Finally, in this thesis, we show that CEP90, FOPNL and OFD1 is functionally conserved from Paramecium to mammalian cells despite it is absent in some phyla such as Drosophila and C.elegans.
Les centrioles sont des structures cellulaires très conservées au cours de l’évolution. Ils sont organisés en symétrie 9 de triplets de microtubules. Le centrosome est le principal centre organisateur des microtubules et est nécessaire pour assurer des processus fondamentaux tels que la division et la polarité cellulaire. Lorsque que les conditions le permettent, le centriole père est capable de migrer et de s’ancrer à une membrane cellulaire pour former un cil. Le processus d’ancrage fait intervenir la partie distale du centriole père et notamment les appendices distaux. Au cours de la ciliogenèse, le centriole père subit une maturation et est appelé corps basal. Les appendices distaux forment les fibres de transition et déterminent la partie antérieure de la zone de transition qui joue un rôle de filtre nécessaire pour assurer la spécificité de la composition protéique et lipidique du cil. Au cours de l’évolution, la structure des cils est très conservée malgré l’observation de variations structurales entre différents organismes. Les cils jouent un rôle essentiel dans la signalisation et/ou de motilité. Par conséquence, chez l’homme, les défauts ciliaires sont à l’origine de maladies génétiques rares causant des syndromes poly-malformatifs regroupés sous le nom de ciliopathies. Au cours de ma thèse je me suis intéressé à identifier de nouveaux acteurs de l’ancrage des corps basaux en utilisant deux modèles complémentaires : des cultures de cellules humaines et l’organisme unicellulaire Paramecium Tetraurelia. Les corps basaux de la paramécie sont tous ancrés à la membrane plasmique sans passer par une étape centriolaire. Par conséquence chez cet organisme des défauts d’ancrage se caractérisent par la présence de corps basaux non ancrés dans le cytoplasme et facilement observables. Grâce à ce modèle les membres de l’équipe ont déjà caractérisés l’implication de 4 protéines dans l’ancrage des corps basaux : Cen2, OFD1, FOPNL et Cen3. Chez l’homme FOPNL, OFD1 et MNR forment un complexe nécessaire à la ciliogenèse, MNR et OFD1 étant toutes les deux impliquées dans des ciliopathies. J’ai recherché de nouveaux acteurs de l’ancrage des corps basaux en réalisant une technique d’identification par proximité, la BioID, en utilisant FOPNL comme appât. Nous avons déterminé que la protéine CEP90 est localisée dans l’environnement proche de FOPNL. Dans les cellules humaines, CEP90 partage la même localisation que FOPNL et OFD1 aux centrioles et aux satellites centriolaires et est aussi impliquée dans des ciliopathies. En utilisant une technique d’imagerie super-résolutive appelée microscopie à expansion, nous montrons que CEP90, FOPNL et OFD1 sont organisées en symétrie 9 en partie distale des centrioles et des corps basaux, proche de la protéine des appendices distaux CEP83. Le recrutement aux centrioles et corps basaux de CEP90, FOPNL et OFD1 est interdépendant et l’absence d’une de ces protéines entraine des défauts d’ancrage des corps basaux chez la paramécie. Chez les mammifère, la déplétion de FOPNL ou CEP90 affecte le recrutement de 3 protéines de appendices distaux (CEP83, CEP89 et CEP164) impliquées dans l’ancrage des corps basaux. Dans les cellules de mammifères, nous avons démontré que CEP90 et OFD1 sont recrutées très précocement sur les procentrioles au cours de la duplication et que la co-surexpression de MNR et CEP90 est suffisante pour recruter OFD1 et CEP83 le long du réseau de microtubules. La surexpression de CEP90 seule forme des agrégats capables de recruter OFD1 et CEP83. L’ensemble de ces résultats apporte un éclairage nouveau sur le processus d’ancrage des corps basaux. Le recrutement précoce du complexe CEP90, FOPNL et OFD1 nous a conduit à proposer que ce complexe permettait de spécifier la future localisation des appendices distaux. Enfin, dans cette thèse nous montrons que le complexe CEP90, FOPNL et OFD1 est fonctionnellement conservé chez la paramécie et les cellules de mammifères.
Origine : Version validée par le jury (STAR)