Les protéines capables de lier des ARNs sont essentielles pour les différentes étapes de maturation de l'ARN messager (ARNm), en dirigeant leur localisation et leur devenir dans la cellule, et en formant avec les ARNs des particules ribonucléoprotéiques (mRNPs). Les mRNPS peuvent former des structures cellulaires dynamiques qui sont adressées vers des fonctions spécifiques. Ces granules, tels que les granules de stress formés suite à un stress cellulaire, contiennent des ARNm dont la traduction est inhibée et qui sont stockés transitoirement. Ma thèse a consisté en la caractérisation fonctionnelle de G3BP (RasGAP SH3 binding protein), une RBP exprimée de façon ubiquitaire chez l'homme et la souris, et impliquée dans l'assemblage des granules de stress. Par recombinaison homologue classique, des souris knock-out pour G3BP ont été générées. Ces souris ont une espérance de vie faible et des défauts du comportement associés au Système Nerveux Central, en particulier un phénotype de type ataxie. Des expériences d'électrophysiologie ont aussi montré une altération de la plasticité synaptique dans l'hippocampe des souris KO. J'ai donc réalisé des expériences d'immunoprécipitation après cross-link (Cross-Linking and Immunoprecipitation, CLIP) pour purifier à partir de cerveau de souris un complexe stable contenant G3BP, et les ARNs associés ont été identifiés par séquençage haut débit (High-Throughput Sequencing, HITS-CLIP). De façon surprenante, la plupart des cibles de G3BP correspondent à des transcrits codants mais qui contiennent des séquences introniques, et des ARNs non codants. De plus, mes résultats ont montré que l'absence de G3BP1 affecte la stabilité de ces transcrits pré-matures spécifiquement dans le cervelet, ce qui peut être corrélé au phénotype d'ataxie des souris KO G3BP1. Cela suggère un nouveau mécanisme de régulation qui passe par la stabilisation de transcrits pré-matures, qui pourraient être convertis en transcrits matures par exemple lors d'un stress et de la séquestration de G3BP dans les granules. / RNA binding proteins (RBPs) are essential in the different steps of processing of the messenger RNAs (mRNAs), directing their localization and fate within the cell, and forming with them the ribonucleoprotein particles (mRNPs). mRNPs can assemble into dynamic cellular structures in which they are routed towards specific functions. RNA granules such as stress granules (SGs) contain translationally silenced mRNPs storing transiently repressed mRNAs.My thesis work consisted in the functional characterization of G3BP (RasGAP SH3 binding protein), an RBP that is expressed ubiquitously in both humans and mice and is involved in the assembly of SGs. Using classical homozygous recombination, viable G3BP1 knock out mice were generated that demonstrated short lifespan.and behavioral defects linked to the Central Nervous System (CNS), notably an ataxia phenotype. Electrophysiology experiments showed an alteration of synaptic plasticity in the hippocampus of KO mice. Therefore, I used Cross-Linking and Immunoprecipitation (CLIP) to purify from mouse brain a stable complex containing G3BP, and performed High-Throughput Sequencing (HITS-CLIP) to identify associated RNAs. Strikingly, most of the G3BP targets correspond to intron sequence-retaining transcripts and non-coding RNAs. My results also showed that G3BP1 depletion influences the stability of these premature transcripts in the cerebellum, which can be correlated to the ataxia phenotype of the G3BP1 KO mice. This comprehensive analysis suggests a new mechanism of gene regulation based on stabilization of silenced premature transcripts which might be converted to mature transcripts under stress condition and sequestration of G3BP in SGs.

TDP-43 est une protéine multifonctionnelle possédant des rôles dans la transcription, l'épissage des pré-ARNm, la stabilité et le transport des ARNm. TDP-43 interagit avec d'autres hnRNP, incluant hnRNP A2, via son extrémité C-terminale. Plusieurs membres de la famille des hnRNP étant impliqués dans la réponse au stress cellulaire, alors nous avons émis l’hypothèse que TDP-43 pouvait y participer aussi. Nos résultats démontrent que TDP-43 et hnRNP A2 sont localisés au niveau des granules de stress, à la suite d’un stress oxydatif, d’un choc thermique, et lors de l’exposition à la thapsigargine. TDP-43 contribue à la fois à l'assemblage et au maintien des granules de stress en réponse au stress oxydatif. TDP-43 régule aussi de façon différentielle les composants clés des granules de stress, notamment TIA-1 et G3BP. L'agrégation contrôlée de TIA-1 est perturbée en l'absence de TDP-43. En outre, TDP-43 régule le niveau d`ARNm de G3BP, un facteur de granule de stress de nucléation. La mutation associée à la sclérose latérale amyotrophique, TDP-43R361S, compromet la formation de granules de stress. Ainsi, la fonction cellulaire de TDP-43 s'étend au-delà de l’épissage; TDP-43 est aussi un composant de la réponse cellulaire au stress central et un acteur actif dans le stockage des ARNs. / TDP-43 is a multifunctional protein with roles in transcription, pre-mRNA splicing, mRNA stability and transport. TDP-43 interacts with other hnRNPs, including hnRNP A2, via its C-terminus and several hnRNP family members are involved in the cellular stress response. This relationship led us to investigate the role of TDP-43 in cellular stress. Our results demonstrate that TDP-43 and hnRNP A2 are localized to stress granules, following oxidative stress, heat shock, and exposure to thapsigargin. TDP-43 contributes to both the assembly and maintenance of stress granules in response to oxidative stress and differentially regulates key stress granules components including TIA-1 and G3BP. The controlled aggregation of TIA-1 is disrupted in the absence of TDP-43. In addition, TDP-43 regulates G3BP mRNA levels, a stress granule nucleating factor. A mutation associated with amyotrophic lateral sclerosis, TDP-43R361S, compromises stress granule formation. Thus, the cellular function of TDP-43 extends beyond splicing and places TDP-43 as a participant of the central cellular response to stress and an active player in RNA storage.

TDP-43 est une protéine multifonctionnelle possédant des rôles dans la transcription, l'épissage des pré-ARNm, la stabilité et le transport des ARNm. TDP-43 interagit avec d'autres hnRNP, incluant hnRNP A2, via son extrémité C-terminale. Plusieurs membres de la famille des hnRNP étant impliqués dans la réponse au stress cellulaire, alors nous avons émis l’hypothèse que TDP-43 pouvait y participer aussi. Nos résultats démontrent que TDP-43 et hnRNP A2 sont localisés au niveau des granules de stress, à la suite d’un stress oxydatif, d’un choc thermique, et lors de l’exposition à la thapsigargine. TDP-43 contribue à la fois à l'assemblage et au maintien des granules de stress en réponse au stress oxydatif. TDP-43 régule aussi de façon différentielle les composants clés des granules de stress, notamment TIA-1 et G3BP. L'agrégation contrôlée de TIA-1 est perturbée en l'absence de TDP-43. En outre, TDP-43 régule le niveau d`ARNm de G3BP, un facteur de granule de stress de nucléation. La mutation associée à la sclérose latérale amyotrophique, TDP-43R361S, compromet la formation de granules de stress. Ainsi, la fonction cellulaire de TDP-43 s'étend au-delà de l’épissage; TDP-43 est aussi un composant de la réponse cellulaire au stress central et un acteur actif dans le stockage des ARNs. / TDP-43 is a multifunctional protein with roles in transcription, pre-mRNA splicing, mRNA stability and transport. TDP-43 interacts with other hnRNPs, including hnRNP A2, via its C-terminus and several hnRNP family members are involved in the cellular stress response. This relationship led us to investigate the role of TDP-43 in cellular stress. Our results demonstrate that TDP-43 and hnRNP A2 are localized to stress granules, following oxidative stress, heat shock, and exposure to thapsigargin. TDP-43 contributes to both the assembly and maintenance of stress granules in response to oxidative stress and differentially regulates key stress granules components including TIA-1 and G3BP. The controlled aggregation of TIA-1 is disrupted in the absence of TDP-43. In addition, TDP-43 regulates G3BP mRNA levels, a stress granule nucleating factor. A mutation associated with amyotrophic lateral sclerosis, TDP-43R361S, compromises stress granule formation. Thus, the cellular function of TDP-43 extends beyond splicing and places TDP-43 as a participant of the central cellular response to stress and an active player in RNA storage.

Les Granule de Stress (GS) sont des inclusions cytoplasmiques contenant des protéines et des ARNm qui s’assemblent en réponse à l’exposition à un stress. Leur formation fait partie intégrante de la réponse cellulaire au stress et est considérée comme une étape déterminante pour la résistance au stress et la survie cellulaire. Actuellement, les GS sont reliés à divers pathologies allant des infections virales aux maladies neurovégétatives. L’une d’entre elle, la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est particulièrement agressive, caractérisée par une perte des neurones moteurs aboutissant à la paralysie et à la mort du patient en cinq ans en moyenne. Les mécanismes de déclenchement de la pathologie restent encore à déterminer. TDP-43 (TAR DNA binding protein 43) et FUS (Fused in liposarcoma) sont deux protéines reliées à la pathologie qui présentent des similarités de structure et de fonction, suggérant un mécanisme commun de toxicité. TDP-43 et FUS sont toutes les deux recrutées au niveau des GS en condition de stress. Nous avons démontré pour la première fois que la fonction des GS est de protéger les ARNm de la dégradation induite par l’exposition au stress. Cette fonction n’était que suspectée jusqu’alors. De plus nous avons mis en évidence que G3BP1 (Ras GTPase-activating protein-binding protein 1) est l’effectrice de cette fonction via son implication dans la dynamique de formation des GS. TDP-43 étant un régulateur de G3BP1, nous prouvons ainsi que la perte de fonction de TDP-43/G3BP1 aboutit à un défaut de réponse au stress aboutissant à une vulnérabilisation cellulaire. Le mécanisme de toxicité emprunter par FUS diffère de celui de TDP-43 et ne semble pas passer par une perte de fonction dans le cadre de la réponse au stress. / Stress Granule (SGs) are cytoplasmic inclusions sequestering proteins and mRNAs following a stress exposure. Their assembly is part of the cell stress response and is considered an important step for stress resistance and cell survival. SG are currently linked to different pathogenesis from viral infection to neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS).ALS is an aggressive disease, characterized by neuronal death leading to paralysis and death within five years. Pathogenesis mechanisms are still not fully understood. TDP-43 (TAR DNA binding protein 43) and FUS (Fused in liposarcoma) are two proteins linked to the disease that share many structural features and functions suggesting a common toxicity mechanism. TDP-43 and FUS are both recruited to SGs in stress conditions. We demonstrate for the first time that SGs function to protect mRNA from degradation induced after stress exposure, a function that was only suspected until now. We also prove that G3BP1 (Ras GTPase-activating protein-binding protein 1) is the effector of this function via it’s implication in the dynamics of SG formation. As TDP-43 is a regulator of G3BP1, we prove that loss of TDP-43/G3BP1 function leads to a stress response defect yielding increased cellular vulnerability. Furthermore, we have discovered that the mechanism of toxicity for FUS is different from TDP-43, and does not implicate a loss of function mechanism during the cell stress response.

The nucleo-cytoplasmic compartmentalization enables eukaryotic cells to develop sophisticated post-transcriptional regulations of gene expression. However, managing the exchanges of macromolecules between the two compartments also represents a formidable challenge for the cells. Nucleo-cytoplasmic exchanges rely on specialized soluble carriers and take place at nuclear pore complexes that span the nuclear envelope. Active nucleo-cytoplasmic transport of proteins, in particular, is performed mainly by a family of carriers called karyopherins, which includes about twenty members in mammals. Some of them, called importins, recognize nuclear localization signals (NLSs) in their substrates and convey them into the nucleus. Others, called exportins, recognize nuclear export signals (NESs) in their substrates and bring them back to the cytoplasm. <p>Many RNA-binding proteins (RBPs) shuttle between the nucleus and the cytoplasm, where they can often fulfill different functions. RBPs also frequently localize into specialized microdomains that are not delimited by a membrane but in which specific factors are concentrated. Those include processing bodies and stress granules, which are cytoplasmic foci associated with mRNA decay, storage and translational repression. Post-transcriptional regulations mediated by RBPs can therefore be modulated rapidly and efficiently through changes in the localization of RBPs.<p>The first part of this work focuses on the subcellular localization and nucleo-cytoplasmic transport of the Drosophila RBP dTIS11. Like its mammalian and yeast homologues, dTIS11 binds AU-rich elements in the 3’UTR of its target mRNAs, and stimulates their rapid deadenylation and decay. Here, we have observed that although dTIS11 appears to be located mostly in the cytoplasm, it is constantly shuttling in and out of the nucleus. We show that the export of dTIS11 from the nucleus depends on the CRM1 exportin and is mediated by a hydrophobic NES that encompasses residues 101 to 113 in dTIS11 sequence. We also identify a cryptic Transportin-dependent PY nuclear localization signal (PY-NLS) in the tandem zinc finger region of dTIS11 and show that it is conserved across the TIS11 protein family. This PY-NLS partially overlaps the second zinc finger (ZnF2) of dTIS11. Importantly, mutations disrupting the capacity of the ZnF2 to coordinate a Zn2+ ion unmask dTIS11 and TTP PY-NLS and promote nuclear import. Taken together, our results indicate that the nuclear export of Drosophila and mammalian TIS11 proteins is mediated by CRM1 through diverging NESs, while their nuclear import mechanism might rely on a conserved PY-NLS whose activity is negatively regulated by ZnF2 folding.<p>In the second part, we present preliminary results which implicate the nucleo-cytoplasmic transport machinery in the assembly of stress granules (SGs) in mammalian cells. SGs contain silenced mRNPs which resemble stalled initiation complexes, and they form transiently in response to acute stress, concomitantly with a global arrest of translation. While their exact role remains undefined, it seems clear that SGs are able to exchange mRNPs with polysomes and with PBs, and that they are connected to post-transcriptional and translational regulations of gene expression during stress. Here, we show that inhibition of Transportin-1 expression or function does not affect the translational status of cells but impairs the assembly of stress granules. Finally, we show that Transportin-1 and -2B, but not -2A, localize into stress granules in response to several stresses. <p>In conclusion, we suggest two potential new roles for Transportins, in the nucleo-cytoplasmic traffic of TIS11 proteins on the one hand and in the assembly of stress granules on the other hand.<p>/<p>Le compartimentage nucléo-cytoplasmique permet aux cellules eucaryotes de réguler l’expression génétique par des mécanismes post-transcriptionnels élaborés. Les ARN messagers subissent plusieurs étapes de maturation dans le noyau avant d’être exportés vers le cytoplasme où ils sont traduits et dégradés. Ces processus sont effectués via des protéines de liaison à l’ARN, ou RBPs. Beaucoup de RBPs exercent des fonctions différentes dans le noyau et dans le cytoplasme, et leur activité peut dès lors être rapidement modulée par une modification de leur localisation.<p>Le transport nucléo-cytoplasmique actif des protéines s’effectue à travers les pores nucléaires et fait majoritairement appel à des transporteurs solubles de la famille des karyophérines. Ceux-ci reconnaissent au sein des protéines à transporter une séquence-passeport appelée NLS (nuclear localization signal) ou NES (nuclear export signal) selon la direction nécessitée. <p>Le présent travail comporte deux parties. La première porte sur la localisation subcellulaire et le transport nucléo-cytoplasmique des protéines de la famille TIS11, et plus particulièrement de dTIS11 qui est le seul représentant de cette famille chez la Drosophile. Comme ses homologues dans d’autres espèces, dTIS11 est une RBP qui favorise la déadénylation et la dégradation de ses ARN messagers cibles. Nos résultats démontrent que dTIS11 fait la navette entre le noyau et le cytoplasme. L’export de dTIS11 hors du noyau est réalisé par la karyophérine CRM1 et fait appel à un NES différent de celui présent chez les protéines TIS11 mammaliennes. Nous identifions également un NLS cryptique au sein du domaine à deux doigts de zinc avec lequel dTIS11 lie l’ARN. Ce NLS correspond partiellement au signal consensus reconnu par la Transportine. Il est démasqué par la mutation du second doigt de zinc ;dans ces conditions, il permet l’import de dTIS11 par la Transportine. Enfin, nous montrons qu’il est conservé dans d’autres protéines de la famille TIS11. <p>Dans la seconde partie, nous nous intéressons aux granules de stress, qui sont des microdomaines cytoplasmiques dans lesquels se concentrent des RBPs et des ARN messagers non traduits en réponse à un stress cellulaire. Nous montrons que les karyophérines appartenant à la sous-famille des Transportines sont présentes dans ces granules et que l’inhibition de l’expression ou de la fonction des Transportines réduit la formation de ces granules en réponse à divers stress cellulaires. Nous écartons la possibilité que ce résultat soit un effet indirect d’un ralentissement du métabolisme traductionnel. Nos résultats suggèrent donc une implication des Transportines dans la formation des granules de stress. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished