Analyse mécanistique et implications fonctionnelles de l’autophagie au cours du développement embryonnaire – EAT

EAT (Embryonic AuTophagy) est un projet de recherche fondamentale dont l’objectif est de comprendre les mécanismes et les fonctions de l’autophagie sélective au cours du développement embryonnaire.
Autophagie est le terme général désignant une voie de dégradation conduisant des composants cytoplasmiques dans les lysosomes. C’est un processus généraliste et majeur de dégradation par séquestration, souvent non spécifique, au cours de la formation de vésicules à double-membranes, les autophagosomes. Des données récentes indiquent que l’autophagie peut être néanmoins une voie de dégradation à spécificité de substrats.
L’autophagie a été impliquée dans des fonctions physiologiques et pathologiques telles la mort cellulaire, la présentation d’antigènes, l’élimination de micro-organismes infectieux, la suppression de tumeur ainsi qu’une fonction anti-vieillissement. De plus, elle semble jouer un rôle lors du remodelage des tissus au cours du développement. Alors que les études chez la levure et les cellules de vertébrés en cultures ont permis de déterminer les étapes clés de l’autophagie et de son induction, les études chez les métazoaires sont essentielles pour comprendre ses fonctions au cours du développement, dans le vieillissement et la reproduction, et comment sa spécificité de substrats et sa régulation sont assurés. Le projet EAT est focalisé sur l’étude de l’autophagie sélective dans le développement embryonnaire, en utilisant C. elegans comme modèle d’étude simple et performant.
Un des enjeux majeur est de comprendre les fonctions des duplications de facteurs impliqués dans l’autophagie. EAT est centré sur l’analyse des protéines LGG-1 et LGG-2, les homologues de la protéine Atg8 de S. cerevisiae, dans la formation, la maturation et la fonction catabolique des autophagosomes. Avec deux protéines (contre sept chez l’homme), C. elegans représente un modèle de choix pour étudier les implications fonctionnelles de cette duplication.
L’étude de leurs rôles respectifs dans la spécificité, la formation et la maturation des autophagosomes est primordiale mais difficile à découpler de l’analyse des fonctions des autophagosomes eux-mêmes. Ainsi, les études mécanistiques et fonctionnelles seront réalisées en parallèle et sur deux stades embryonnaires précis. Le projet est divisé en trois tâches impliquant deux équipes complémentaires. La première, rassemble les deux équipes pour l’analyse mécanistique de la formation et de la dynamique des structures autophagiques marquées par ces protéines. Elle sera complémentée par l’étude fonctionnelle du rôle de ces protéines, et de l’autophagie, à deux stades du développement embryonnaire impliquant chaque partenaire dans son domaine d’expertise. La première analyse portera sur l’autophagie des composants paternels apportés dans l’ovocyte lors de la fécondation (Allophagie). L’identification des mécanismes assurant la spécificité paternelles de cette dégradation permettra de tester l’impact de leur stabilisation sur la progéniture et de déterminer, pour la première fois, les conséquences d’une hétéroplasmie liée à l’ADN mitochondrial paternel. Nous testerons également si le mécanisme d’allophagie est conservé chez la souris. La deuxième analyse fonctionnelle de l’autophagie concernera son rôle dans l’organogenèse, la différentiation cellulaire et la mise en place de la polarité cellulaire dans l’épiderme et l’intestin. La fonction associée à l’enrichissement de ces protéines d’autophagie dans les cellules précurseurs de la lignée germinale sera aussi étudiée.
En conclusion, cette approche expérimentale synergique et rationnelle devrait permettre de dresser des conclusions générales sur la mécanistique de l’autophagie impliquant plusieurs protéines de la famille d’Atg8 ainsi que sur des aspects fonctionnels de l’autophagie dans la reproduction et lors de la mise en place de tissus épithéliaux polarisés.