Les cils sont des organites très conservés au cours de l’évolution des eucaryotes et présents à la surface de presque tous les types cellulaires. Ils sont constitués d’une structure microtubulaire, l’axonème, entourée d’une membrane en continuité avec la membrane plasmique. Ils sont nucléés par un corps basal, centriole ancré à la surface cellulaire. Grâce aux nombreux récepteurs qu’ils concentrent à leur membrane, tous les cils sont des senseurs de leur environnement. Ils peuvent aussi être motiles et assurer, par leur battement coordonné, le déplacement relatif de la cellule et du fluide environnant. Tandis que cil et structure centriolaire, hérités du premier eucaryote, ont été perdus par certains champignons et par les plantes supérieures, certains gènes codant des protéines ciliaires et centriolaires sont pourtant retrouvés dans le génome de ces espèces. Cette conservation de protéines sans l’organite suggère soit que ces protéines interviennent dans un même processus moléculaire utilisé dans plusieurs organites, soit qu’elles jouent des rôles dans des processus moléculaires distincts via leur interaction avec différents types de partenaires.J’ai choisi d’étudier l’une de ces protéines ciliaires et centriolaires, Bug22p, hautement conservée en séquence protéique entre l'homme et la paramécie, mais également présente chez les plantes supérieures. J’ai mené cette étude principalement sur la paramécie, système modèle pour la biogénèse des corps basaux et des cils, mais aussi sur des cellules de mammifère et de végétaux supérieurs. Si Bug22p est impliquée dans la détermination du battement ciliaire chez la paramécie, elle se localise également dans des cils immotiles de cellules de mammifère suggérant que son activité ciliaire n’est pas réduite à cette seule fonction. Des expériences d’inactivation génique suggèrent par ailleurs un lien entre l’activité de Bug22p et la polyglycylation. Sa surexpression dans les cellules de mammifère en culture entraîne l’apparition d’extensions cellulaires et une augmentation des réseaux de tubulines acétylées probablement associées à une stabilisation des microtubules. L'ensemble de mes résultats suggère donc un rôle de Bug22p dans la régulation de modifications post-traductionnelles. En plus d’être présente dans les structures ciliaires, Bug22p se localise aussi bien dans les noyaux de la paramécie que dans ceux des cellules humaines et des plantes supérieures Arabidopsis et Nicotiana. Ces observations ouvrent un nouveau champ d’études. En effet, si l’on sait que les tubulines ciliaires sont soumises à différentes modifications post-traductionnelles telles que polyglycylation ou acétylation, ce type de modifications touchent également des protéines nucléaires régulant ainsi le trafic de protéines nucléaires ou l’expression génique. Nous pouvons donc avancer l’hypothèse selon laquelle Bug22p agirait sur la régulation de ces modifications dans le cil et dans le noyau. Il serait donc intéressant de caractériser les modifications post-traductionnelles chez les plantes supérieures afin de vérifier une possible implication de Bug22p dans leur régulation et donc comprendre les raisons de sa conservation chez les végétaux. / Cilia, organelles that have been conserved throughout the evolution of eukaryotes, are found at the surface of most cell types. They are composed of a microtubular structure, the axoneme, surrounded by a membrane continuous to the plasma membrane. Cilia are nucleated by basal body, which is a centriole anchored to the cell surface. Cilia are environmental sensors concentrated in the ciliary membrane. Cilia can be motile and ensure the relative movement of the cell with respect to the surrounding fluid by their coordinated beating. While cilia and centriolar structures inherited from the first eukaryote have been lost by certain fungi and higher plants, certain genes encoding ciliary and centriolar proteins are found in the genomes of organisms lacking these structures. The conservation of these proteins without organelle suggests that these proteins are involved in the same molecular process into different organelles or proteins are involved into different processes through some interactions with different partners.I chose to study the ciliary and centriolar protein, Bug22p, highly conserved between human and Paramecium proteins sequences, and also present in higher plants. My work addressed this study primarily on Paramecium, a model system for biogenesis of basal bodies and cilia, and I also pursued investigation of mammalian cells and higher plants. I was able to show that Bug22p is necessary for efficient Paramecium ciliary beating, but I also localized in the immotile cilia of mammalian cells suggesting that Bug22p is not only restricted to the motile ciliary function. By knockdown experiments in Paramecium, I obtained evidence that Bug22p is involved in polyglycylation. Bug22p overexpression in mammalian cells led to the appearance of cell extensions and increased acetylated tubulin networks consistent with microtubule stabilization. My results suggest that Bug22p may regulate post-translational proteins modifications.Bug22p is also localized in the nuclei of Paramecium, human and higher plants such as Arabidopsis and Nicotiana. These observations open a new field of study. The axoneme microtubules are highly modified by post-translational modifications such as acetylation and polyglycylation; we know that in the nucleus, theses modifications are involved in the control of nuclear trafficking of some proteins and the regulation of gene expression. We can therefore speculate that Bug22p acts on the regulation of these changes in the cilium and in the nucleus. Finally, it would be interesting to characterize the post-translational modifications in higher plants to verify the possible involvement of Bug22p in their regulation and thus understand the meaning of its conservation in higher plants lacking cilia.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23571号 / 医博第4785号 / 新制||医||1054(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 齊藤 博英, 教授 大森 孝一, 教授 大鶴 繁 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

L'épuration mucociliaire est la première ligne de défense de l'appareil respiratoire. L'altération de l'épuration mucociliaire se traduit par une stagnation et/ou une accumulation de mucus, conduisant potentiellement à des obstructions plus ou moins partielles et à des infections chroniques des voies aériennes. On compte deux grands types d'altération de l'épuration mucociliaire. Le premier est lié aux caractéristiques du mucus, comme dans le cas de la mucoviscidose. Le deuxième est lié à des anomalies de l'ultrastructure du cil et /ou de son battement regroupées sous le terme de "ciliopathies"qui peuvent être soit innées soit acquises.Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre clinique de la problématique des ciliopathies respiratoires et de leur prise en charge, a pour objectif de mieux caractériser, à partir des outils de la Biomécanique, les mécanismes du battement ciliaire (incluant une mesure de l'efficacité globale du battement des cils) et à transférer ces connaissances au profit de la clinique.Pour cela une méthodologie de caractérisation systématique de la mécanique ciliaire à partir de prélèvements biologiques issus de patients observés par vidéo-microscopie à haute vitesse a été développée parallèlement au développement d'un modèle numérique intégrant le couplage entre battement ciliaire et transport de fluide. Cette association entre expériences et modèle numérique a permis de proposer un nouvel index utilisable par les cliniciens pour caractériser l'efficacité du battement ciliaire. Cet index présente l'avantage de ne pas exiger de modification de la pratique clinique concernant la collecte de données biologiques / Mucociliary clearance is the first line of defense of the respiratory tract. Alteration of this clearance leads to a stagnation and/or accumulation of mucus, potentially resulting in more or less partially obstructions and in chronic infections of the airways. There are two main types of mucociliary clearance alterations. The first one is linked to the mucus characteristics, as in cystic fibrosis. The second one is connected to cilium ultrastructure abnormalities and/or ciliary beating defects encompassed by the term of "ciliopathies" which may be primary or acquired.This work, which takes place in the clinical issue of respiratory ciliopathies and their care, aims to better characterize, through biomechanics tools, the mechanisms of ciliary beating (including a measurement of the global efficiency of cilia) and to transfer these knowledges in favor of the clinical management.A methodology of systematic characterization of the ciliary mechanics, from biological samples derived from patients observed through high-speed video-microscopy analysis, has been developed as the same time as the development of a numerical model incorporating the coupling between ciliary beating and fluid motion. This association between experiments and numerical model allowed to propose a new index usable by the clinicians to characterize the ciliary beating efficiency. This index has the advantage of not requiring a modification of the clinical practice of biological data collection