The Caenorhabditis elegans vab-10 spectraplakin isoforms protect the epidermis against internal and external forces

Morphogenesis of the Caenorhabditis elegans embryo is driven by actin microfilaments in the epidermis and by sarcomeres in body wall muscles. Both tissues are mechanically coupled, most likely through specialized attachment structures called fibrous organelles (FOs) that connect muscles to the cuticle across the epidermis. Here, we report the identification of new mutations in a gene known as vab-10, which lead to severe morphogenesis defects, and show that vab-10 corresponds to the C. elegans spectraplakin locus. Our analysis of vab-10 reveals novel insights into the role of this plakin subfamily. vab-10 generates isoforms related either to plectin (termed VAB-10A) or to microtubule actin cross-linking factor plakins (termed VAB-10B). Using specific antibodies and mutations, we show that VAB-10A and VAB-10B have distinct distributions and functions in the epidermis. Loss of VAB-10A impairs the integrity of FOs, leading to epidermal detachment from the cuticle and muscles, hence demonstrating that FOs are functionally and molecularly related to hemidesmosomes. We suggest that this isoform protects against forces external to the epidermis. In contrast, lack of VAB-10B leads to increased epidermal thickness during embryonic morphogenesis when epidermal cells change shape. We suggest that this isoform protects cells against tension that builds up within the epidermis

Does root plasticity contribute to crop tolerance to abiotic stresses?

Poster that presents the experiments, the main results and take home messages

Analyse cellulaire et développementale de la machinerie ESCRT chez le nématode Caenorhabditis elegans

La voie de dégradation endosomale est un processus physiologique continu par lequel la cellule achemine protéines et lipides vers le lysosome. Au cours de leur maturation, les endosomes accumulent des vésicules intraluminales pour former le MVB. Les protéines VPSE forment les 4 complexes ESCRT et sont impliquées dans l adressage des protéines ubiquitinées des endosomes au MVB. L autophagie est un autre mécanisme vésiculaire ayant également pour destination finale le lysosome. Il est induit en réponse à une carence nutritionnelle. Mon projet de thèse s est attaché à l étude du rôle de la machinerie ESCRT dans ces deux voies vésiculaires chez C. elegans. Nos résultats montrent que l inactivation des gènes vpsE conduit à des phénotypes développementaux hétérogènes allant d une létalité embryonnaire ou larvaire à une absence de phénotype morphologique évident. Cependant, au niveau cellulaire, les animaux vpsE présentent tous un blocage de la maturation endosomale. Au cours de ma thèse j ai réalisé la caractérisation fonctionnelle de vps32, gène essentiel au cours du développement embryonnaire. Au cours de ce travail, j ai mis en évidence une régionalisation de la membrane endosomale en sous domaines enrichis spécifiquement pour différents complexes ESCRT. Nous avons également démontré que l inactivation des gènes vpsE conduit à l accumulation d autophagosomes indiquant un lien entre la voie de dégradation endosomale et l autophagie dont nous avons entrepris l étude. Lors de ce travail, nous avons caractérisé un nouveau marqueur autophagique, LGG2. Nos analyses tendent à montrer que suite à l inactivation des vpsE, l autophagie est induite pour protéger des cellules altérées.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Les multiples facettes de l’autophagie au cours du développement

L’autophagie est un processus cellulaire qui permet la dégradation par le lysosome de constituants cytoplasmiques tels que des protéines ou des organites. De nombreuses études utilisant des organismes modèles ont montré que l’autophagie joue un rôle important dans de multiples processus développementaux comme la dégradation des mitochondries du spermatozoïde après la fécondation, la croissance fœtale ou la résistance à la carence alimentaire. Elle est également essentielle à la mort cellulaire programmée. L’implication de l’autophagie dans ces processus peut être liée à la production de ressources énergétiques dans des conditions de stress où elle peut dégrader sélectivement des protéines spécifiques, au cours du développement

Caractérisation cellulaire et fonctionnelle de l'autophagie (interactions avec la voie de maturation endosomale chez Caenorhabditis elegans)

L autophagie est une voie catabolique durant laquelle des constituants cytoplasmiques sont engloutis dans des vésicules à double membrane nommées autophagosomes. Elle sert à éliminer les protéines mal repliées ou les agrégats protéiques, à détruire les organites défectueux comme les mitochondries, le réticulum endoplasmique et les peroxysomes mais aussi des pathogènes intracellulaires. Le matériel séquestré dans les autophagosomes est ensuite envoyé, pour dégradation, vers le lysosome. La dégradation du matériel séquestré génère des nucléotides, des acides aminés et des acides gras qui seront recyclés en vue de la synthèse de macromolécules et de la génération d ATP.Dans cette étude nous explorons l aspect cellulaire et fonctionnel de la voie de l autophagie chez Caenorhabditis elegans. Nous montrons que le génome du nématode contient deux homologues du gène autophagique de levure Atg8. Ces homologues codent pour les protéines LGG-1 et LGG-2 qui sont des protéines des membranes des autophagosomes. Ces protéines agissent de façon synergique dans les processus physiologiques impliquant l autophagie, en l occurrence, la longévité et la formation des larves dauer.Nous montrons également que l autophagie est impliquée dans le maintien de l homéostasie cellulaire chez les mutants ESCRT. Les complexes ESCRT sont impliqués dans l adressage des protéines ubiquitinées vers les corps multi vésiculaires pour les dégrader. Les mutants ESCRT se caractérisent par des altérations cellulaires et développementales. Nos résultats indiquent que l inactivation des ESCRT cause une augmentation du flux autophagique. L inactivation de l autophagie dans ces mutants exacerbe les défauts cellulaires alors que son induction protège de la dégradation.Macroautophgagy is a catabolic process involved in the clearance of cellular components in the lysosome when cells face starvation conditions. This eukaryotic process requires the formation of double membrane vesicles named autophagosomes. Autophagy is implicated in the elimination of misfolded proteins, protein aggregates and long-lived or damaged organelles such as mitochondria, endoplasmic reticulum and peroxysomes. It is alos required for the clearance of intracellular pathogens. The material enclosed inside autophagososmes in degraded in the lysosome: nucleotides, amino-acids and fatty-acids are generated and reused for neosynthesis of macromolecules and ATP.In the present study, we are exploring the cellular and functional aspects of the autophagic pathway in Caenorhabditis elegans. We show that the genome of the worm contain two homologues of the Yeast autophagic gene, Atg8. These homlogues encode for two proteins namely, LGG-1 and LGG-2, which localize to the autophagosomal membranes. We have shown that this two proteins act synergistically in dauer formation and longevity.We have also shown that autophagy play an important role in maintaining cell homeostasis in endosomal maturation mutans. These latter mutants show defects in the ESCRT coplexes (Endosomal Sorting Complex Required for Transport). ESCRT complexes are required the recycling of cell surface receptors and for the sorting of ubiquitinated prtoteins into the multivesicular bodies. Mutations in the ESCRTs cause cellular et developmental defects. In our study, we show that autophagy is induced in these mutants and play a beneficial role in correcting cellular defects.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Epithelial biology: lessons from Caenorhabditis elegans

Epithelial cells are essential and abundant in all multicellular animals where their dynamic cell shape changes orchestrate morphogenesis of the embryo and individual organs. Genetic analysis in the simple nematode Caenorhabditis elegans provides some clues to the mechanisms that are involved in specifying epithelial cell fates and in controlling specific epithelial processes such as junction assembly, trafficking or cell fusion and cell adhesion. Here we review recent findings concerning C. elegans epithelial cells, focusing in particular on epithelial polarity, and transcriptional control

ESCRT and autophagies: Endosomal functions and beyond

ESCRT (endosomal sorting complex required for transport) machinery has been initially identified for its role during endocytosis, which allows membrane proteins and lipids to be degraded in the lysosome. ESCRT function is required to form intraluminal vesicles permitting internalization of cytosolic components or membrane embedded cargoes and promoting endosome maturation. ESCRT machinery also contributes to multiple key cell mechanisms in which it reshapes membranes. In addition, ESCRT actively participates in different types of autophagy processes for degrading cytosolic components, such as endosomal microautophagy and macroautophagy. During macroautophagy, ESCRT promotes formation of multivesicular bodies, which can fuse with autophagosomes to generate amphisomes. This latter fusion probably brings to autophagosomes key membrane molecules necessary for the subsequent fusion with lysosomes. Interestingly, during macroautophagy, ESCRT proteins could be involved in non-canonical functions such as vesicle tethering or phagophore membrane sealing. Additionally, ESCRT subunits could directly interact with key autophagy related proteins to build a closer connection between endocytosis and autophagy pathways

Approaches for Studying Autophagy in Caenorhabditis elegans

Macroautophagy (hereafter referred to as autophagy) is an intracellular degradative process, well conserved among eukaryotes. By engulfing cytoplasmic constituents into the autophagosome for degradation, this process is involved in the maintenance of cellular homeostasis. Autophagy induction triggers the formation of a cup-shaped double membrane structure, the phagophore, which progressively elongates and encloses materials to be removed. This double membrane vesicle, which is called an autophagosome, fuses with lysosome and forms the autolysosome. The inner membrane of the autophagosome, along with engulfed compounds, are degraded by lysosomal enzymes, which enables the recycling of carbohydrates, amino acids, nucleotides, and lipids. In response to various factors, autophagy can be induced for non-selective degradation of bulk cytoplasm. Autophagy is also able to selectively target cargoes and organelles such as mitochondria or peroxisome, functioning as a quality control system. The modification of autophagy flux is involved in developmental processes such as resistance to stress conditions, aging, cell death, and multiple pathologies. So, the use of animal models is essential for understanding these processes in the context of different cell types throughout the entire lifespan. For almost 15 years, the nematode Caenorhabditis elegans has emerged as a powerful model to analyze autophagy in physiological or pathological contexts. This review presents a rapid overview of physiological processes involving autophagy in Caenorhabditis elegans, the different assays used to monitor autophagy, their drawbacks, and specific tools for the analyses of selective autophagy