Elucidate the molecular basis of centriole rotational asymmetry and its role at the centrosome and primary cilium

Les centrioles sont des structures cellulaires conservées formées par des triplets de microtubules organisés selon une symétrie 9. Chez les animaux, les centrioles forment le cœur du centrosome, le principal centre organisateur des microtubules, impliqué dans des processus fondamentaux tels que la division, la migration et la polarité cellulaires. Le centriole le plus âgé au sein du centrosome, ou centriole père, permet l'assemblage du cil primaire, un organite sensoriel important pour de nombreuses voies de signalisation. Des dysfonctionnements des centrioles et des cils sont impliqués dans le cancer ou des pathologies génétiques appelées ciliopathies. Chez les protistes ciliés et dans certaines cellules animales qui forment des cils motiles, les centrioles présentent une asymétrie rotationnelle, qui se manifeste par la présence d'appendices sur certains des triplets de microtubules. L'asymétrie rotationnelle des centrioles est nécessaire pour polariser le battement ciliaire. Chez l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, cette asymétrie est contrôlée par les protéines Vfl1p et Vfl3p, dont l'inactivation perturbe la formation de fibres qui connectent les centrioles et contrôlent leur position. La perte de ces connections entraine des anomalies dans la direction du battement ciliaire et affecte plus globalement l'organisation cellulaire. Des orthologues de Vfl1p et Vfl3p sont aussi nécessaires à la polarisation rotationnelle des centrioles dans les cellules multiciliées. Chez la planaire, VFL1 et VFL3 affectent l'assemblage d'appendices centriolaires qui permettent l'ancrage de réseaux de cytosquelette nécessaires à la polarisation des centrioles. Nous avons précédemment établi que l'asymétrie rotationnelle est conservée dans les centrioles du centrosome humain. Cela était inattendu car ces centrioles, contrairement à ceux des cellules multiciliées, ne présentent pas d'asymétrie dans la distribution de leurs appendices. En utilisant la microscopie d'expansion, nous avons découvert que LRRCC1/hVFL1 est enrichie sur deux triplets consécutifs à l'extrémité distale des centrioles, où se forme le cil, comme cela avait été observé chez C. reinhardtii. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons que CCDC61/hVFL3 se localise également de manière asymétrique, majoritairement sur deux triplets consécutifs comme LRRCC1, mais dans la partie proximale des centrioles. Bien que localisées aux extrémités opposées des centrioles, CCDC61 et LRRCC1 sont associées aux mêmes triplets. CCDC61 dépend de LRRCC1 pour son recrutement, avec laquelle elle interagit et co-localise transitoirement pendant l'assemblage des centrioles. Nous identifions par ailleurs les protéines centriolaires K1328 et CNTLN comme étant des interacteurs de CCDC61 qui co-localisent avec CCDC61 à l'extrémité proximale des centrioles. Nos résultats révèlent ainsi un ensemble cohérent de marqueurs d'asymétrie rotationnelle le long des centrioles. Au-delà des centrioles, nous montrons que la présence de CCDC61 et K1328 entraine aussi une distribution asymétrique de certains composants de la matrice péricentriolaire dans les cellules RPE1. Du point de vue fonctionnel, nous établissons que, comme CCDC61, K1328 est nécessaire au positionnement correct des centrioles et à leur bonne cohésion dans les cellules RPE1 ciliées. CCDC61 et K1328 permettent la formation d'un connecteur qui relie le côté du centriole fils à l'extrémité proximale du centriole père, spécifiquement dans les cellules ciliées. L'attachement de ce connecteur aux triplets marqués par CCDC61 et ses partenaires pourrait être facilitée par l'inhibition du recrutement de protéines de la matrice péricentriolaire sur ces mêmes triplets. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent donc que l'une des fonctions de l'asymétrie rotationnelle des centrioles dans le centrosome humain est de permettre l'assemblage d'un connecteur qui repositionne le centriole fils à proximité du père dans les cellules ciliées.