Thèse Modifications Post-Traductionnelles et Mutations Pathogènes Impact sur Tdp-43 une Protéine Impliquée dans la Neurodégénérescence. H/F

Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
Laboratoire de recherche : Structure et Activité des Biomolécules Normales et Pathologiques
Direction de la thèse : Ahmed BOUHSS ORCID 0000000264921429
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-23T23:59:59

TDP-43 est une protéine nucléaire, retrouvée sous forme d'inclusions cytoplasmiques dans les neurones des patients atteints par deux maladies neurodégénératives majeures SLA ou DLFT qui n'ont à ce jour aucun traitement curatif efficace. Au laboratoire, nous avons montré que les deux domaines RRM de TDP-43 se lient de manière coopérative à l'ARN cible. Cette coopérativité de liaison de TDP-43 à l'ARNm est déterminante pour le maintien de la solubilité de TDP-43 dans le noyau et pour sa miscibilité dans les granules de stress au niveau du cytoplasme. Très récemment, le rôle du domaine N-terminal dans l'auto-assemblage de TDP-43, le long de l'ARN cible, a été élucidé. De même, nous avons aussi montré que l'hyper-phosphorylation de TDP-43 augmente sa rétention nucléaire à l'inverse de la forme hypo-phosphorylée. L'objectif global de ce projet de thèse est de décrypter sur le plan structural et mécanistique l'effet des mutations pathogènes sur le repliement/auto-assemblage de la protéine TDP-43 et la relation avec les modifications post-traductionnelles. Ce projet de thèse sera mené à travers une démarche multidisciplinaire alliant des approches de biologie structurale en particulier RMN et SAXS, de biochimie et de biologie cellulaire.

Les protéines de liaison à l'ARN (RNA-binding protéines, RBP) jouent un rôle majeur dans l'épissage alternatif de même que dans divers mécanismes de synthèse, maturation, transport, traduction et dégradation de l'ARN. Les RBP, sont ainsi essentielles pour permettre une diversité fonctionnelle à partir d'une quantité limitée d'information génétique. Etant donné la grande diversité et complexité des fonctions régulées par les ARN, des mutations ou défauts de RBP apparaissent comme étant à l'origine de nombreux troubles physiologiques (1). Ces dernières agissent rarement seules, mais souvent à travers des interactions protéine/protéine et protéine/ARN. La caractérisation de ces protéines et de leurs mécanismes d'interactions pourrait donc permettre l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques.
Plusieurs familles de RBP sont connues à ce jour. Les protéines à motifs de reconnaissance de l'ARN ou RNA recognition motif (RRM) constituent la famille de RBP la plus représentée. Ce domaine possède des motifs conservés avec une disposition caractéristique et un empilement de certaines chaînes latérales sur les bases de l'ARN ou parfois d'ADN simple brin. Il contient également deux séquences conservées de 8 et 6 acides aminés appelés respectivement RNP1 et RNP2. Ces dernières sont localisées respectivement sur les feuillets 1 et 3 du motif et contiennent des résidus aromatiques qui jouent souvent un rôle dans la reconnaissance et l'interaction avec l'ARN (2).
Plusieurs RBPs portent aussi un domaine « prion-like » ou LCD (pour low complexity domain) responsable d'interactions faibles et multivalentes qui conduisent à l'assemblage d'organites sans membrane, mimant un état liquide. Ce type d'organites formé par les RBPs est impliqué dans des processus cellulaires déterminants tels que la maturation et la biogenèse des ARNm.
TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43), une protéine RBP nucléaire ciblant des ARNm, ayant un domaine C-terminal LCD (3,4), est associée à des maladies neurodégénératives tel que la maladie de Charcot (SLA) et la dégénérescence lobaire frontotemporale (DLFT) (5-9). On pense notamment que la dérégulation des phases liquides peut être responsable de l'agrégation de TDP-43 dans le cytoplasme (10, 11). La majorité des mutations pathogènes associée à TDP-43 sont localisées dans le domaine C-terminal LCD (12). Plusieurs études suggèrent un rôle crucial de ce domaine de TDP-43 dans le processus d'agrégation (3, 13-15).
TDP-43 est composée d'un domaine N-terminal (acides aminés 1-85), suivi de deux domaines RRM (acides aminés 101-255) et le domaine C-terminal LCD (acides aminés 280-414) (16). En dépit du lien entre le domaine LCD et certaines maladies neurodégénératives, le mécanisme précis qui gouverne la formation des agrégats cytoplasmiques reste obscur.
Dans des conditions normales, TDP-43 est associée aux ARN nucléaires qui seraient un facteur empêchant son agrégation (17). Récemment, nous avons montré que la fixation de TDP-43 sur de longues séquences d'ARN cibles entraine une multimérisation de TDP-43 au travers des interactions intermoléculaires impliquant les domaines RRM (18).
De plus, nous avons montré que la liaison de TDP-43 à l'ARNm est déterminante pour maintenir la solubilité de TDP-43 nucléaire et la miscibilité de TDP-43 dans les granules de stress cytoplasmiques. Un modèle structural a été obtenu et nous avons pu proposer un mécanisme selon lequel la multimérisation de TDP-43 impliquant ses domaines RRM, lié à l'ARN, préviendrait son agrégation en empêchant l'auto-attraction intermoléculaire du domaine N-terminal d'une part et du domaine CTD d'autre part. Ce travail a été basé sur des études in cellulo, portant sur des mutants de la forme entière de la protéine TDP-43, associées à des études biochimiques et structurales menées sur un fragment soluble de TDP-43 formé des deux domaines RRM1 et RRM2 (18). Plus récemment, nous avons proposé un modèle de multimérisation de TDP-43 à l'état normal ou pathologique (19) où les interactions NTD/NTD de deux protéines TDP-43 adjacentes est interdites (par contrainte structurale et la formation de l'interface RRM2/RRM1). En revanche, des interactions NTD/NTD des protéines TDP-43 situées loin l'une de l'autre sur l'ARN, sont facilitées et peuvent s'opérer. Cela conduit alors au compactage de l'ARN cible. Ainsi, la liaison coopérative à l'ARN limite les interactions NTD/NTD des protéines adjacentes sans interdire la possibilité de remodelage de l'ARN qui serait nécessaire au bon fonctionnement de processus d'épissage. Une altération de coopérativité de liaison à l'ARNm favoriserait alors les interactions intermoléculaires NTD/NTD entre des unités de TDP-43 adjacentes et une tendance élevée à l'agrégation. Ainsi, par dissociation de l'ARN ou en cas du stress oxydative, les interactions intermoléculaires NTD/NTD favorisent l'agrégation impliquant les domaines RRM responsable de la liaison de l'ARNm et formation accrue d'agrégats de cette protéine et participerait à la protéonopathie de TDP-43.
Parallèlement, nous avons également développé une technologie brevetée 'MT bench' pour cribler les propriétés liquides d'assemblage de TDP-43 en interaction avec l'ARN, qui est suffisamment sensible pour détecter l'effet des mutations ponctuelles dans un contexte cellulaire (20, 21). Cette technologie est adaptée au criblage à haut débit (HCS) pour détecter les altérations subtiles du comportement de TDP-43. Plus récemment, nous avons développé avec succès un pipeline de détection automatisé pour évaluer l'auto-assemblage de TDP-43 combiné à un criblage fonctionnel dans des cellules vivantes (22). Nous montrons que la phosphorylation de l'extrémité C-terminale empêche le recrutement de TDP-43 dans les granules de stress riches en ARNm en cas de stress aigu en raison d'une faible affinité pour l'ARNm, mais non dans des conditions de stress léger. De plus, des tests fonctionnels robustes montrent par la suite une rétention nucléaire accrue pour les mutants hyper-phosphorylés alors que l'hypo-phosphorylation augmente de manière significative les niveaux cytoplasmiques de TDP-43. La fiabilité de nos tests permet donc de détecter les auto-assemblages riches en ARNm de TDP-43 orchestrés par ses domaines intrinsèquement désordonnés ou structurés et leurs conséquences fonctionnelles avec la capacité HCS.
Après candidature, le porteur du projet communiquera les détails au (à la) candidat (e) sélectionné (e).

Décrypter sur le plan structural et mécanistique l'effet des modifications post-traductionnelle et des mutations pathogènes sur le repliement/auto-assemblage de la protéine TDP-43

Ce projet de thèse sera mené à travers une démarche multidisciplinaire alliant des approches de biologie structurale en particulier RMN et SAXS, de biochimie et de biologie cellulaire.
Après candidature, le porteur du projet communiquera les détails au (à la) candidat (e) sélectionné (e).