L'autophagie est un processus d'auto-dégradation conservé chez la plupart des eucaryotes. Généralement induit par un stress nutritif, il requiert la formation d'un compartiment à double membrane appelé l’autophagosome qui séquestre et transporte des composants intracellulaires dégradés et recyclés dans le lysosome. La protéine ATG8, qui occupe une position centrale dans ce processus, est recrutée aux membranes de l’autophagosome par un système de conjugaison très régulé. Toxoplasma gondii est un protozoaire parasite appartenant au phylum des Apicomplexes, qui contient une machinerie d'autophagie réduite. Suite à un stress nutritif, ce parasite intracellulaire obligatoire est néanmoins capable de générer des autophagosomes décorés par TgATG8. De façon surprenante, en condition normale de croissance intracellulaire, cette protéine se localise principalement à l’apicoplaste, un plaste non photosynthétique acquis par endosymbiose secondaire qui contient des voies métaboliques essentielles à la survie du parasite. Le but de ma thèse a été d’élucider les fonctions canoniques et non canoniques d‘ATG8 chez Toxoplasma. La première partie de cette étude porte sur la caractérisation fonctionnelle et spatio-temporelle de l'association de TgATG8 avec l’apicoplaste. Nous avons montré que TgATG8 est recrutée aux extrémités de l’apicoplaste en élongation, ce qui permet le maintien de l’organelle à travers les générations en le connectant aux centrosomes pour une répartition dans les deux cellules filles. La deuxième partie de ce travail vise à isoler et identifier par spectrométrie de masse des partenaires putatifs de TgATG8 qui seraient impliqués dans l’autophagie ou dans le rôle non-canonique à l’apicoplaste. Nous avons analysé la localisation subcellulaire de neuf candidats et des caractérisations fonctionnelles ont été entreprises pour trois protéines. Bien que nous n’ayons pas pu confirmer leurs interactions avec TgATG8, cela a permis l'identification de nouvelles protéines parasitaires: une phospholipase à l’apicoplaste essentielle à la survie du parasite, un régulateur potentiel du cycle cellulaire et un composant du cytosquelette du parasite. / Autophagy is a self-degradative process evolutionary conserved among eukaryotes. Typically induced by starvation, it involves the formation of a double membrane compartment called the autophagosome to sequester and deliver intracellular components for lysosomal degradation and recycling. The protein ATG8 occupies a central position in this process and is recruited to autophagosomal membranes by a highly regulated conjugation system. Toxoplasma gondii is a parasitic protist belonging to the Apicomplexa phylum, which possesses a reduced autophagy machinery. This obligate intracellular parasite is nevertheless able to generate TgATG8-decorated autophagosomes upon nutrient stress. Surprisingly, during normal intracellular parasite growth, TgATG8 mainly localizes to the apicoplast, a non-photosynthetic plastid acquired by secondary endosymbiosis which hosts essential metabolic pathways. My thesis aimed to elucidate the canonical and non-canonical roles of ATG8 in Toxoplasma. The first part of this study is the functional and spatio-temporal characterization of TgATG8 association with the apicoplast. We showed TgATG8 is recruited to both ends of the elongating plastid during parasite division, and allows the maintenance of the organelle across generations by permitting its centrosome-driven distribution into the two daughter cells. The second part of this work is the isolation and mass spectrometry-based identification of putative TgATG8-interacting proteins that would be involved in autophagy-related or non-canonical functions. We analyzed the subcellular localization of nine candidates and functional studies were conducted for three proteins. Although we were unable to confirm their interactions with TgATG8, this approach allowed the identification of novel and important parasite proteins: an essential apicoplast phospholipase, a potential regulator of the cell cycle, and a component of the parasite cytoskeleton.

La macroautophagie est un processus cellulaire qui permet la dégradation et le recyclage de constituants cytoplasmiques par formation de vésicules à double membrane, les autophagosomes qui fusionnent ensuite avec les lysosomes. Ce processus intervient dans divers processus physiologiques tels que le développement, la longévité, la mort cellulaire et dans des pathologies humaines comme des cancers ou maladies neurodégénératives. Mes travaux de thèse ont révélé l’existence de rôles séquentiels et spécifiques des protéines autophagiques, LGG-1 et LGG-2, homologues d’Atg8/LC3 chez le nématode Caenorhabditis elegans. Cette étude a été réalisée dans l’embryon précoce sur une population particulière d’autophagosomes responsables d’un processus physiologique stéréotypé : la dégradation des mitochondries paternelles au moment de la fécondation. Nous avons montré que LGG-1 est recruté au niveau des autophagosomes précoces et permet le recrutement de LGG-2 qui intervient plus tardivement dans le processus autophagique pour permettre la fusion des autophagosomes avec les lysosomes. De plus, la fonction de LGG-1 peut être complémentée par son homologue humain témoignant de l’intérêt du système modèle C. elegans pour l’analyse des homologues d’Atg8.Par ailleurs, des études récentes ont démontré que la protéine autophagique LC3 était recrutée au cours de la phagocytose des corps apoptotiques. Ce processus a été appelé LAP pour LC3-associated phagocytosis. Par des approches génétiques et cellulaires, utilisant la microscopie optique et électronique, j’ai montré qu’il existait une implication différente de protéines autophagiques LGG-1 et LGG-2 dans la dégradation des corps apoptotiques chez C. elegans. La protéine LGG-2, spécifiquement, joue un rôle dans la cellule phagocytaire afin de dégrader le corps apoptotique. Ces travaux suggèrent également une implication de l’autophagie dans le corps apoptotique pour permettre la phagocytose. / Macroautophagy is a major ubiquitous catabolic process which allows the bulk degradation and recycling of cytoplasmic constituents by formation of double membrane vesicles called autophagosomes which then fuse with lysosomes. This process is involved in a large variety of physiological processes such as development, anti-aging, cell death and in human pathologies like cancers or neurodegenerative diseases. My thesis work revealed the existence of sequential and specific roles of autophagic proteins LGG-1 and LGG-2, homologs of Atg8/LC3 in Caenorhabditis elegans. In this study, we focused on a particular population of autophagosomes involved in a physiological process in early embryos: the degradation of paternal mitochondria during fertilization. We showed that LGG-1 is recruited at the early autophagosomes and allows LGG -2 recruitment which acts later in the autophagic process to allow the fusion of autophagosomes with lysosomes. Moreover, the function of LGG -1 can be complemented with its human homologs revealing the interest of the C. elegans model system for analyzing Atg8 homologs.Furthermore, recent studies have identified the recruitment of autophagic proteins during phagocytosis of apoptotic cells in the so called LC3-associated phagocytosis (LAP). By genetic and cellular approaches, using optical and electron microscopy, I showed that there is a different involvement of autophagic proteins, LGG-1 and LGG-2 in the degradation of apoptotic cells in C. elegans. LGG-2 protein, specifically, plays a role in phagocytic cell to degrade apoptotic corpses. Moreover, this work suggest a function of autophagy in the apoptotic corpses to allow phagocytosis.

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The exocyst, an octameric protein complex conserved among all eukaryotes, mediates tethering of the vesicle prior to its fusion with the target membrane. Apart from the function of exocyst in exocytosis, new studies from both mammalian and plant fields report its involvement in the cellular self-eating process called autophagy. In land plants the number of paralogs of some exocyst subunits is extraordinarily large. There are 23 paralogs of Exo70 subunit in Arabidopsis thaliana. It is supposed that these paralogs have acquired functional specialization during the evolution - including involvement in autophagy. Using yeast two- hybrid assay it is shown here that Exo70B1 and Exo70B2, but not other Arabidopsis Exo70 paralogs interact with Atg8, an autophagosomal marker. The proximity of these two paralogs and Atg8 in vivo was confirmed by independent Förster resonance energy transfer (FRET) method. Interestingly, interaction of Atg8f with Exo70B2 paralog appears to be stronger than with Exo70B1. Exo70B1-mRUBY expressed under the natural promoter shows punctate membrane structures that are mostly static. That changes after the tunicamycin treatment - movement of some of these dots was induced. Homology modeling of Exo70B1 and Exo70B2 proteins tertiary structure in combination with bioinformatic prediction based...

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