La protéine CIRP (Cold Induced RNA binding Protein) est une petite protéine de liaison à l’ARN de 172 acides aminés, qui est constituée du côté amino-terminal d’un domaine de liaison à l’ARN de type RRM (RNA recognition motif), et d’une partie carboxy-terminale riche en glycine et arginine qui comprend plusieurs motifs RGG. Elle a été identifiée comme étant inductible par hypothermie mais aussi par irradiation aux UV et par hypoxie. Nous avons analysé son expression et sa localisation en réponse à différents stress cellulaires. Nous avons montré qu’un traitement à l’arsénite qui induit un stress oxydant n’altère pas l’expression de CIRP provoque sa localisation dans les granules de stress (SG). Les SG sont des structures ribonucléoprotéiques cytoplasmiques contenant des complexes de pré-initiation incompétents pour la traduction, et qui s’accumulent dans les cellules exposées à un stress. Ces structures constituent des sites de triages des ARNm, dans lesquels les ARNm sont soit stockés en attente d’une réinitiation de la traduction une fois le stress surmonté, soit destinés à être dégradés. La protéine CIRP se localise dans les SG que ce soit suite à un stress cytoplasmique ou du réticulum endoplasmique. Nous avons montré également que la localisation de la protéine CIRP dans les SG se déroule indépendamment de la présence de la protéine TIA-1 qui a été décrite comme responsable de l’assemblage des SG. De plus la surexpression de la protéine CIRP conduit à la formation de SG. Nous suggérons donc qu’il existe plusieurs voies qui mènent à l’assemblage de ces structures. En outre, nous avons analysé la localisation de mutants par délétion de la protéine CIRP et avons montré que le domaine RRM et le domaine RGG peuvent indépendamment localiser la protéine dans les SG. Par contre, la méthylation des résidus arginine du domaine RGG est une modification nécessaire à la localisation de CIRP dans les SG. Ensuite, nous avons étudié la fonction de la protéine CIRP dans le métabolisme des ARN messagers. Nous avons montré par une méthode d’adressage, que CIRP est un répresseur de la traduction des ARNm et que le domaine carboxy-terminal est nécessaire et suffisant à cette fonction.

Les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) sont des maladies neurodégénératives infectieuses qui résultent de l'agrégation de formes anormales de la protéine prion cellulaire (PrP[indice supérieur C]). La maladie de Creutzfeldt-Jakob est la plus répandue chez les humains alors que chez les animaux, la maladie de la vache folle est celle qui a l'impact économique le plus important et est la seule EST animale clairement transmissible à l'homme. Des études suggèrent que des agrégats cytoplasmiques de la protéine prion (CyPrP) pourraient être responsables de la neurodégénérescence observée lors des EST, toutefois, le mécanisme de toxicité de ces agrégats est encore inconnu. Nous avons émis l'hypothèse que la production d'agrégats cytoplasmiques de la protéine prion entraîne un stress considérable et possiblement létal pour les cellules neuronales. Nous avons analysé la capacité de ces agrégats d'activer ou d'inhiber certaines composantes de la réponse au stress intégrée. Cette réponse a pour but de limiter les dommages cellulaires en conditions de stress et consiste en l'arrêt de la synthèse protéique, l'assemblage de granules de stress et l'induction de chaperonnes moléculaires. Nos résultats démontrent que les agrégats cytoplasmiques de la protéine prion induisent un stress pour la cellule qui résulte en l'activation de la kinase du stress PKR, la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eIF2[alpha] et une diminution d'environ 80% de la synthèse protéique. De façon surprenante, la formation des granules de stress est inhibée dans les cellules qui produisent des agrégats cytoplasmiques de PrP. L'hybridation in situ et la chromatographie d'affinité sur résine de cellulose-oligo(dT) nous ont permis de démontrer que les ARNm étaient séquestrés en grande partie au sein des agrégats de CyPrP. Nous avons aussi démontré que l'induction de Hsp70 était inhibée suite à un stress dans les cellules qui produisent des agrégats et que ces cellules sont beaucoup plus sensibles à un stress oxydatif. Nous proposons que l'activation d'une réponse au stress inadéquate par les agrégats cytoplasmiques de la protéine prion altère considérablement la capacité des neurones de résister à de nombreux stress physiologiques. Nous suggérons que ces événements pourraient contribuer à la toxicité et à la neurodégénérescence observée au cours des maladies à prions.

Sébastien Legros (2010). La protéine Tax du virus HTLV-1 inhibe la formation des granules de stress en interagissant avec lhistone désacétylase 6 (HDAC6) (thèse de doctorat, en anglais). Université de Liège - Gembloux Agro-Bio Tech, 153 p., 2 tabl., 24 fig. Résumé Le virus T-lymphotrope humain qui infecte 20 millions de personnes dans le monde, est responsable de deux pathologies : une leucémie fatale, appelée leucémie des cellules T de ladulte (ATL) et une maladie neurodégénérative, la paraparésie tropicale spastique (TSP). Loncoprotéine virale Tax-1 constitue une cible thérapeutique privilégiée car elle joue un rôle crucial dans les pathologies induites par HTLV-1. En réponse à un stress comme une infection virale, un stress oxydatif ou une exposition aux UV, la cellule bloque la traduction des ARNm et les séquestre dans des structures cytoplasmiques spécifiques appelées granules de stress (GS). Ces granules sont caractérisés par la présence de protéines spécifiques telles que G3BP et Tiar. Récemment, lhistone désacétylase HDAC6 a été identifiée comme un composant critique de ces GS. Dans ce travail, nous démontrons qu'en présence d'un stress cellulaire, Tax-1 relocalise du noyau vers le cytoplasme. Dans le cytoplasme, Tax-1 colocalise avec G3BP et Tiar dans les GS de certaines cellules. De plus, la protéine Tax-1 exprimée dans le cytoplasme, empêche la formation des GS en interagissant avec HDAC6. Finalement, nous avons montré que les lymphocytes T infectés par HTLV-1 contiennent moins de GS et que ceux-ci sont de taille réduite par rapport aux cellules contrôles Jurkat. Nos résultats révèlent une nouvelle stratégie développée par HTLV-1 et nous postulons que cette nouvelle fonction pourrait avoir un rôle important dans la transformation et loncogenèse induite par le virus HTLV-1. Sébastien Legros (2010). HTLV-1 Tax inhibits stress granules formation by interacting with histone deacetylase 6 (HDAC6) (thèse de doctorat, in English). University of Liège - Gembloux Agro-Bio Tech, 153 p., 2 tabl., 24 fig. Summary Human T cell leukaemia virus type-1 (HTLV-1) which infects 20 million people worldwide is the causative agent of two major diseases: a rapidly fatal leukaemia designated adult T-cell leukaemia (ATL) and a neurological degenerative disease known as tropical spastic paraparesis (TSP). The viral transcriptional activator and oncoprotein Tax-1 has been the major focus of scientific investigation because of its numerous and crucial roles in the pathogenesis of HTLV-1-induced diseases. In response to stress such as viral infection, oxidative stress or UV exposure, the cell blocks mRNA translation and sequesters mRNAs in specific cytoplasmic structures called stress granules (SGs). Stress granules are characterized by the presence of specific proteins such as G3BP and Tiar. Recently, the histone deacetylase HDAC6 was identified as a critical component of SGs. In this report, we demonstrated that in response to cellular stress, Tax-1 relocalizes in the cytoplasm, where it can be found colocalizing with G3BP and Tiar in SGs. Moreover, cytoplasmic Tax-1 prevents SGs formation by interacting with HDAC6. Finally, we have shown that HTLV-1 infected cells exhibit less and smaller SGs than the control Jurkat cells. Our findings thus unravel a new strategy developed by HTLV-1 and we postulate that this new function of Tax might have important role in HTLV-I-induced transformation and oncogenesis. Copyright : Aux termes de la loi belge du 30 juin 1994, sur le droit d'auteur et les droits voisins, seul l'auteur a le droit de reproduire partiellement ou complètement cet ouvrage de quelque façon et forme que ce soit ou d'en autoriser la reproduction partielle ou complète de quelque manière et sous quelque forme que ce soit. Toute photocopie ou reproduction sous autre forme est donc faite en violation de la dite loi et de des modifications ultérieures.

Certaines maladies neurodégénératives sont associées au mauvais repliement de la protéine prion (PrP[indice supérieur c]) et sont connues sous le nom de maladies à prion ou les encéphalopathies spongiformes transmissibles (ESTs). Récemment, il a été démontré que PrP[indice supérieur c] augmente l'efficacité des micro-ARN (miARN) via son interaction directe avec la protéine Argonaute 2 (Ago2) au niveau de la membrane des corps multivésiculaires (multivesicular bodies (MVBs)). Ago2 est une des protéines centrales du complexe RISC (RNA-induced silencing complex) qui est responsable de l'efficacité des ARNi. Certaines formes pathologiques de PrP[indice supérieur c] induisent l'activation de la réponse au stress eiF2a dépendante, une étape déterminante pour le développement de la pathologie. Cependant, l'activation de la réponse au stress eiF2a dépendante, favorise normalement la survie cellulaire via la formation de deux types de granules d'ARN, les granules de stress (GSs) et les P-Bodies. Aucune étude n'a investigué le rôle de ces deux types de granules d'ARN et de la régulation de l'efficacité des miARN par PrP[indice supérieur c] dans la neurotoxicité associée aux ESTs. Mon premier objectif est d'approfondir nos connaissances sur le nouveau rôle de PrP[indice supérieur c] dans la régulation du système miARN et de l'implication des miARN et du système endosomal dans les ESTs génétiques. Mon second objectif est d'investiguer le rôle des GSs et des P-Bodies, dans la neurotoxicité reliée aux ESTs et établir un lien entre la dérégulation de la réponse au stress et du système ARNi. PrP[indice supérieur c] augmente l'efficacité des miARN via l'interaction de sa région octapeptidique répété (OR, octapeptide repeat region) avec la protéine Ago2. L'effet d'un mutant cytoplasmique artificiel nommé CyPrP (connu comme agent neurotoxique potentiel) et de cinq mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] sur le système endosomal et miARN a été caractérisé. Les mutants de PrP[indice supérieur c] affectent la maturation des MVBs et, conséquemment, induisent une délocalisation de GW182, une diminution l'efficacité des miARN et de la production des exosomes. Nous proposons que cette dérégulation de la voie endosomale et miARN par les mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] contribue à la neurodégénérescence observée dans les ESTs. Les mutants de PrP[indice supérieur c] induisent également l'expression de la protéine PACT qui est responsable de l'activation de la kinase de stress PKR et de la phosphorylation d'eiF2a. Cependant, malgré la phosphorylation d'eiF2a, les mutants familiaux de PrP[indice supérieur c] et PrP[indice supérieur Sc] inhibent la formation des GSs et des P-Bodies augmentant la susceptibilité des cellules aux différents stress. L'inhibition des P-bodies par les mutants confirment également que les mutants de PrP[indice supérieur c] induisent une diminution de l'efficacité des miARN. Je propose que le maintien de l'activation de la voie PACT-PKR-eiF2a et l'inhibition des GSs et des P-Bodies contribuent à la dérégulation du système d'ARNi, à la susceptibilité des neurones et à la neurodégénérescence observée dans les ESTs. Une meilleure compréhension des mécanismes de neurotoxicité plus particulièrement de l'inhibition du système ARNi et de la réponse au stress par les formes mal repliées de PrP[indice supérieur c] peut mener au développement de médicaments afin de contrer l'évolution de la pathologie. [symboles non conformes]

Le gène suppresseur de tumeur LKB1 code une sérine/thréonine kinase qui régule le métabolisme énergétique et la polarité cellulaire. Son action biologique s'exerce en partie via la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK), substrat de LKB1 dont la phosphorylation stimule l'activité catalytique. Nous avons récemment mis en évidence une interaction entre LKB1 et la déacétylase HDAC6. HDAC6 régule principalement l'état d'acétylation de protéines localisées dans le cytoplasme telles que la molécule chaperon HSP90, la tubuline α, et la cortactine. HDAC6 contrôle la stabilité des protéines liées à HSP90 mais agit aussi sur la polarité et l'adhérence des cellules. De plus, HDAC6 répond à différentes situations de stress cellulaire en favorisant le transport des protéines polyubiquitinées vers les aggrésomes, où celles ci sont dégradées, et en promouvant la formation des granules de stress, complexes ribonucléoprotéiques participant au stockage des ARNm et au blocage de la traduction. Mon projet de recherche a porté sur les conséquences fonctionnelles de l'interaction entre LKB1 et HDAC6. J'ai ainsi pu montrer que la formation de ce complexe est renforcée en condition de stress oxydatif et thermique. Dans cette situation biologique, LKB1 interfère avec la capacité de HDAC6 à fixer les protéines ubiquitinylées, et par conséquent prévient la formation des aggrésomes et des granules de stress. A l'inverse, LKB1 stimule l'activité déacétylase de HDAC6, et cette action de LKB1 est requise pour la migration orientée des cellules ainsi que pour la polarisation apico-basale dans un modèle de culture d'entérocytes. Ce travail nous a ainsi permis d'identifier un nouvel effecteur de LKB1 qui intervient dans la réponse au stress et dans la polarisation cellulaire. Il s'agit aussi de la première mise en évidence d'une régulation de l'activité de liaison à l'ubiquitine de HDAC6. Ces données suggèrent que LKB1, via son effet sur HDAC6, pourrait limiter la réponse adaptative des cellules soumises à des stress exogènes et endogènes, comme ceux que les cellules en voie de transformation rencontrent dans leur microenvironnement, une propriété qui pourrait s'avérer essentielle pour son activité de suppresseur de tumeur / The tumor suppressor LKB1 is a serine-threonine kinase that acts as a critical regulator of energy homeostasis and cell polarity 1,2. LKB1 relays its intracellular signal through the AMP-activated protein kinase (AMPK) as well as twelve additional members of the AMPK sub-family 3-5. However, despite the identification of these LKB1 effectors, the mechanisms that underlie LKB1-mediated biological effects remain incompletely understood. We now report that LKB1 interacts with and phosphorylates HDAC6, a deacetylase that protects cells against extrinsic insults through its ability to ligate polyubiquinated misfolded proteins and to dynamically associate with both the microtubule and the actin cytoskeleton networks 6. We further found that the formation of the LKB1-HDAC6 complex was promoted in response to diverse stressful stimuli. As a consequence, HDAC6 ubiquitin-binding activity was inhibited, thus impeding the formation of aggresomes and stress granules, two transient cellular structures that, respectively, prevent the accumulation of aggregated proteins 7 and remodel messenger ribonucleoprotein complexes following stresses that block translation 8. Collectively, these data identify HDAC6 as a key downstream component of the LKB1 signalling pathway. Our findings further suggest that LKB1, via its inhibitory effect on HDAC6 ubiquitin-binding activity, limits the cellular adaptive response to a protracted stress, a distinctive biological property that is likely to contribute to its tumor-suppressive function

Cells exposed to heat stress experience an increase in the amount of misfolded and aggregated proteins. Cells respond to this threat through coordinated and finely tuned ad- justments in gene expression. When the ambient temperature increases, cells activate the heat stress response (HSR), a process in which the transcription of mRNAs encoding heat shock proteins (Hsps) is upregulated. During severe heat stress, cells also downregulate the synthesis of misfolding-prone housekeeping proteins while the synthesis of Hsps takes precedence. Consequently, the amount of misfolded and aggregated proteins is reduced by Hsps. While the transcriptional HSR has been studied in depth over the last 50 years, our understanding of protein translation regulation during heat stress remains limited. Biomolecular condensates have been proposed as a new way to regulate cellular functions. In budding yeast exposed to severe heat stress, the repression in the synthesis of housekeep- ing proteins coincides with the formation of condensates called heat stress granules (HSGs). HSGs are enriched for translation factors and translationally-repressed mRNAs and they have been implicated in translation regulation. However, if and how HSGs regulate translation during severe heat stress has remained elusive. Using in vitro reconstitution assays, I demonstrate that the heat-induced condensation of translation factors together with mRNA is an adaptive mechanism to regulate protein synthesis during severe heat stress. My thesis work focused on the translation initiation factor complex eIF4F from Saccharomyces cerevisiae. eIF4F was previously shown to promote global translation of capped mRNAs. One subunit of eIF4F is eIF4G, an RNA-binding and scaffold protein that interacts with numerous translation initiation factors. Two other subunits of eIF4F are the RNA helicase eIF4A and the mRNA cap-binding protein eIF4E. eIF4G also interacts with the poly(A) binding protein (Pab1p) and the RNA helicase Ded1p, which like eIF4F, are crucial in translation initiation. Importantly, eIF4G, eIF4E, Pab1p and Ded1p condense into HSGs in yeast upon severe heat stress, while eIF4A remains soluble in the cytosol. To investigate the function of these translation factors in regulating translation, I purified eIF4F, Pab1p and Ded1p. Using purified eIF4F, nanoluciferase-encoding reporter mRNAsand an in vitro translation assay, I showed that eIF4F enhances general protein synthesis. Together with Pab1p and Ded1p, eIF4F enhances the translation of reporter mRNAs with 5’ UTRs of housekeeping transcripts to a greater extent than reporter mRNAs with 5’ UTRs of Hsp-encoding genes. These findings suggest important differences in translation regulation at physiological temperatures and that efficient translation of housekeeping mRNAs requires synergy between eIF4F, Pab1p and Ded1p. Next, I reconstituted eIF4G condensates in vitro using biochemical approaches. I found that eIF4G forms condensates with mRNA. The condensation of eIF4G-mRNA is promoted by heat-induced structural rearrangements and interaction valences between eIF4G RNAbinding domains (RBDs). eIF4G has three RBDs, where the removal of either RBDs did not affect the RNA binding affinity but repressed condensation. Thus, eIF4G-mRNA condensation requires cooperativity between the three RBDs. Critically, I found that the mechanism of heat-induced condensation is conserved and adapted in eIF4G orthologues from yeast species that thrive in colder or warmer temperatures. Using multi-component in vitro assays, I found that heated eIF4G-mRNA condensates recruit eIF4E and Pab1p. In agreement with the fact that eIF4A does not assemble into HSGs in cells, eIF4A did not partition into eIF4G-mRNA condensates, which is likely due to a heat-induced weakening of interactions with eIF4G. I next characterized eIF4G variants with targeted mutations in the eIF4E- and Pab1-binding sites of eIF4G. This allowed me to demonstrate that the recruitment of eIF4E into eIF4G-mRNA condensates is driven by protein-mediated interactions. Furthermore, I found that heterotypic interactions between eIF4G, Pab1 and the poly(A) tail of mRNA promote the solidification of heated condensates. This is consistent with previous observations reporting solid-like properties of HSGs. Finally, I investigated the translation activity of heated translation factor condensates in yeast cell-free extracts. Solid-like eIF4F-mRNA condensates with Pab1p or Ded1p resulted in a pronounced repression of translation. This coincided with the recruitment of reporter mRNAs into condensates. Based on these findings, I thus propose that the repression in translation of housekeeping mRNAs during severe heat stress in yeast is a consequence of the formation of solid-like translation factor and mRNA condensates. Further analyses revealed that mRNA outside of condensates are translated in an eIF4A-dependent manner. This is because eIF4A is not recruited to the condensates and remains active upon heating. In summary, I propose that heat stress promotes the condensation of mRNA with eIF4G, eIF4E, Pab1p and Ded1p into solid-like condensates. In vitro assays suggest that translation factors inside of condensates are inactive while the mRNA is translationally repressed. This model highlights a mechanism for the downregulation in the synthesis of housekeeping proteins during severe heat stress in yeast. My findings also suggest that the preferential translation of mRNAs encoding Hsps occurs independently of the condensate-forming translation factors and may be mediated by eIF4A, which does not localise into HSGs. I thus conclude that translation regulation during severe heat stress is achieved by specific translation initiation factors that form inactive and solid-like condensates with mRNA.

La dégradation des ARN est un mécanisme essentiel à la régulation de l’expression des génomes. L’importance de l’uridylation dans les mécanismes de dégradation des ARN commence juste à être appréciée. Cette thèse présente l’étudede l’UTP :RNA Uridylyltransferase 1 (URT1) et de son rôle dans la dégradation des ARN chez Arabidopsis thaliana. L’étude des propriétés catalytiques de URT1 montre que cette uridylyltransférase est intrinsèquement spécifique des UTP et distributive pour les premières uridines ajoutées. URT1 est responsable in vivo de l’uridylation des ARNm après une étape de déadénylation, protégeant leur extrémité 3’ et polarisant la dégradation de 5’ en 3’. URT1 est localisée dans le cytosol au niveau des granules de stress et des processing bodies. Le mécanisme d’adressage de URT1 dans les processing bodies implique une partie de la région N terminale prédite comme intrinsèquement désorganisée, alors que le domainenucléotidyltransférase C terminal semble suffisant pour permettre l’adressage de URT1 au niveau des processing bodies et granules de stress en réponse à un stress thermique. Ces travaux de thèse ont permis de mieux comprendre les mécanismes et les rôles de l’uridylation dans la dégradation des ARNm chez Arabidopsis. Ils ouvrent des perspectives dans l’étude d’autres fonctions de l’uridylation comme l’inhibition de la traduction. / RNA degradation is an essential mechanism for the regulation of genome expression. The importance of uridylation for RNA degradation is just emerging. This thesis presents the study of URT1 (UTP :RNA Uridylyltransferase 1) and its role in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. URT1 is an uridylyltransferase intrinsically and strictly specific for UTP and is distributive for the first nucleotides added. URT1 uridylates mRNA in vivo after a deadenylation step. This uridylation protects mRNA’s3’ end from further attacks and polarise degradation in the 5’ to 3’ direction. This protection of 3’ ends by uridylation and its conferred polarity of 5’ to 3’ degradation are also detected in polysomes. Uridylation is therefore likely important in case of cotranslational degradation of mRNAs. A region in URT1’s N terminal region predicted to be intrinsically disorganised is required for addressing URT1 to processing bodies. However, following heat shock, the nucleotidyltransferase domain present in the C terminal region of URT1 is sufficient to address URT1 to both processing bodies and stress granules, This work contributes to a better understanding of the mechanisms and roles of uridylation in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. These results also open perspectives for studying other functions of uridylation such as translation inhibition.

L'étude de la dynamique des circuits neuronaux est primordiale pour la compréhension des troubles neurologiques et psychiatriques. Ces processus, classiquement étudiés in vivo ou ex vivo, peuvent être appréhender in vitro grâce à des micro-technologies. Les technologies microfluidiques offrent la possibilité de reconstruire des réseaux de neurones orientés et de manipuler indépendamment les deux populations neuronales ainsi connectées. Dans cette étude, une caractérisation de la mise en place et de la rythmogénèse des réseaux cortico-striataux a été entreprise par imagerie calcique. Par la suite, nous avons démontré que des modifications chroniques des rythmes pré-synaptiques corticaux conduisaient à des phénomènes d¿excitotoxicité trans-synaptique. L'avancée des recherches a montré que les maladies neurodégénératives et psychiatriques pouvaient partager des points communs, notamment des altérations de la transmission synaptique et de l'activité des réseaux de neurones. Pour évaluer ces effets, une modulation de l'expression de Disrupted-In-Schizophrenia-1 a été réalisée dans nos réseaux cortico-striataux. Une altération de la différenciation des neurones striataux a été objectivée mais sans impact sur l'activité rythmique des réseaux neuronaux. Cependant, les expériences de surexpression ont montré la capacité de DISC-1 à participer à la formation des granules de stress, et à recruter dans celles-ci des protéines impliquées dans la transmission synaptique. Au final, ce projet démontre que les réseaux reconstruits in vitro possèdent des caractéristiques similaires aux réseaux in vivo et permettent l'étude de pathologies du système nerveux central. / Neural circuit dynamics need to be elucidated for understanding neurological and psychiatric disorders such as Parkinson's disease and schizophrenia. While this is classically studied in vivo or ex vivo, micro-technological approaches permit “brain-on-chip” models recapitulating some intrinsic neuronal network properties. In this study, parameters of cortico-striatal connection were monitored. Glutamatergic neuronal network activity was monitored using calcium imaging. Dopamine and Dopaminergic receptor 2 agonist decreased firing frequency and disrupted striato-striatal synchrony. Then, we demonstrated that both acute and chronic alterations of cortical neurons activity led to impairment of striatal survival through trans-synaptic degeneration. In psychiatric diseases, network rhythm alterations do not lead to neuronal death but to behavior disorders. To study how those alterations appeared, we investigated the impact of DISC-1 expression modulation on the establishment of cortico-striatal network and its activity. Alteration of DISC-1 expression led to deficits in striatal differentiation processes and seemingly did not drive network rhythms variation. Interestingly, DISC-1 overexpression experiments showed its aggregation in stress granules concomitant with an ability to recruit others proteins involved in synaptic transmission and neuronal plasticity. These results seem to show that DISC-1 could be involved in degenerative processes and not only in psychiatric diseases. The present data demonstrate that cortico-striatal networks reconstructed in a microfluidic environment present characteristics similar to in vivo cortico-striatal networks.

Il a été observé que l’altération des fonctions des granules de stress, entités cytoplasmiques non-membranaires composées d’ARN et de protéines liant l’ARN (RBPs), peut conduire au développement de maladies telles que la sclérose latérale amyotrophique, la démence fronto-temporale, la myopathie à inclusions et la maladie de Paget des os. Ces pathologies sont caractérisées par un dépôt cytoplasmique d’inclusions solides enrichies en RBPs et comprenant des fibrilles. Une connexion génétique a été suggérée entre la persistance des granules de stress et l’accumulation de ces inclusions pathologiques dans le cytoplasme des patients. Dans mon manuscrit de thèse, il est mis en évidence le fait que la protéine hnRNPA1, dont les mutations entrainent les maladies mentionnées plus haut, subit une séparation de phases entre deux liquides connue également sous l’appellation « Séparation de Phases Liquide-Liquide » (LLPS) dans des gouttelettes enrichies en protéines. Bien que le domaine composé d’une séquence à faible complexité (Low Complexity sequence Domains ou LCD) soit suffisant pour obtenir cette séparation de phases, les domaines de liaison à l’ARN y contribuent également en présence d’ARN. Cela a permis d’envisager l’existence de plusieurs mécanismes intervenant dans la régulation de l’assemblage de ces granules. Un autre résultat a mis en exergue le fait que la formation de fibrilles n’est pas une obligation pour permettre la séparation de phases mais que les gouttelettes, enrichies en protéines, entrainent, par ailleurs, une augmentation de la formation de ces fibrilles. La séparation de phases liquide-liquide induite par le domaine composé d’une séquence à faible complexité semble contribuer à l’assemblage des granules de stress et à leurs propriétés liquides. Finalement, cette étude propose d’établir une réelle corrélation entre la formation des granules de stress qui deviennent persistants et l’accumulation d’inclusions pathologiques dans le cytoplasme des patients. / Stress granules are membrane-less organelles composed of RNA-binding proteins (RBPs) and RNA. Functional impairment of stress granules has been implicated in amyotrophic lateral sclerosis, inclusion body myopathy, Paget’s disease of bone and frontotemporal dementia; these diseases are characterized by solid, fibrillar, cytoplasmic inclusions that are rich in RNA binding proteins (RBPs). Genetic evidence suggests a link between persistent stress granules and the accumulation of pathological inclusions. In this thesis manuscript, I demonstrate that the disease-related RBP hnRNPA1 undergoes liquid-liquid phase separation (LLPS) into protein-rich droplets mediated by a low complexity sequence domain (LCD). While the LCD of hnRNPA1 is sufficient to mediate LLPS, the folded RNA recognition motifs contribute to LLPS in the presence of RNA, potentially giving rise to several mechanisms for regulating assembly of stress granules. Importantly, while not required for LLPS, fibrillization is enhanced in protein-rich droplets. I suggest that LCD-mediated LLPS contributes to the assembly of stress granules and their liquid properties, and provides a mechanistic link between persistent stress granules and fibrillar protein pathology in disease.

Le syndrome de Hutchinson-Gilford, ou progéria, est une pathologie génétique rare qui se caractérise par des symptômes assimilés à un vieillissement prématuré. Les mutations à l'origine de la progéria affectent le gène LMNA, codant la lamine A, qui joue un rôle majeur dans la formation, la maintenance et la résistance du noyau. Ces mutations activent l'utilisation de sites 5' alternatif ou cryptique d'épissage présents dans l'exon 11 du pré-ARNm LMNA en amont du site normalement utilisé. Nous avons révélé un effet des mutations sur la structure secondaire de l'ARN aux alentours des mutations, qui permet l'augmentation de l'utilisation des sites d'épissage mutants. De plus, nous avons montré l'implication de plusieurs protéines SR (SRSF1, SRSF5 et SRSF6) dans la régulation de l'utilisation des différents sites d'épissage. D'autre part, il a déjà été observé que les noyaux des cellules des patients atteints de progéria contiennent des granules de stress, les nSB, situés dans les régions péricentromériques des chromosomes et contenant des ARN dits satellite III et des facteurs d'épissage. Des nSB similaires sont formés dans les cellules saines suite à divers stress, comme le stress thermique. Il est possible que ces nSB séquestrent ces facteurs d'épissage afin de réguler le profil d'épissage alternatif des cellules pendant la régénération après un stress. Nous avons purifié les protéines associées aux ARN satellite III in vitro afin de trouver de nouveaux composants des nSB et analysé, par emploi de puces jonction-exon, le transcriptome de cellules soumises à un choc thermique, pour mieux comprendre à terme comment la formation des nSB peut affecter l'épissage alternatif / The Hutchinson-Gilford syndrome, also called progeria, is a rare genetic disease, characterized by symptoms that can be assimilated to accelerated natural ageing. Mutations that cause progeria affect the LMNA gene, which codes the lamin A that plays a major role in the shaping, maintenance and resistance of the nucleus. These mutations lead to the activation of alternative or cryptic 5' splice sites located within the exon 11 of LMNA pre-mRNA upstream from the normal 5' splice site. Our work revealed an effect of the mutations on the 2D RNA structure of the splice sites, which contributes to the increased use of the mutant sites. On top of it, we showed the impact of several SR proteins, (SRSF1, SRSF5 and SRSF6) on the regulation of the use of the exon 11 5' splice sites. On the other hand, it was previously observed that cells from progeria patients contain nuclear stress bodies (nSB), located in chromosomal pericentromeric regions and containing satellite III RNAs and several splicing regulatory proteins. Similar bodies are formed in healthy cells submitted to various stresses such as heat shock. A work hypothesis is that those nSBs sequester splicing factors in order to regulate the global alternative splicing profile in cells during the recovery period after stress. We purified proteins associated with satellite III RNAs in vitro, to find new components of the nSBs, and analyzed the transcriptome of cells subjected to heat shock using exon junction microarrays, in order to eventually understand how nSB formation can affect alternative splicing