LC3B and LC3C have distinct biophysical properties and cellular functions in autophagy

Les protéines LC3B et LC3C possèdent des propriétés biophysiques distinctes et des fonctions cellulaires différentes dans l'autophagie La macroautophagie (ci-après, «autophagie») est une voie cellulaire conservée, dépendante des lysosomes, dans laquelle une citerne à double membrane formée de novo (le phagophore) séquestre du matériel cytoplasmique en vue de sa dégradation. Le phagophore s'étend et se referme pour générer un autophagosome, qui fusionne ensuite avec les lysosomes. L'autophagie a deux fonctions majeures dans la cellule. Elle maintient l'homéostasie cellulaire en dégradant des composants endommagés et permet aux cellules de survivre à des périodes de stress et de cytotoxicité. Elle assure aussi une dégradation sélective des cargos via des récepteurs qui assurent leur recrutement au phagophore en interagissant avec des protéines ATG8 de type ubiquitine. À l'inverse, la dégradation non sélective du cytoplasme induite par le stress, ne dépend pas de récepteurs. Les deux voies nécessitent la conjugaison covalente de protéines de la famille ATG8 à la phosphatidyléthanolamine dans les membranes autophagiques. Cette réaction est médiée par des enzymes de conjugaison de type ubiquitine: l'ATG7 (type E1), l'ATG3 (type E2) et le complexe ATG12-ATG5-ATG16L1 (type E3). Chez l'humain, la famille ATG8 comprend six paralogues, répartis entre les sous-familles LC3 (LC3A/B/C) et GABARAP (GABARAP/GABARAPL1/GABARAPL2). Les LC3 favorisent l'initiation et l'expansion du phagophore, tandis que les GABARAP stimulent la maturation du phagophore et sa fusion avec les lysosomes. La protéine LC3B collabore avec l'ATG16L1 pour former des phagophores non sélectifs à partir de membranes donneuses planes. À l'inverse, la LC3C est principalement impliquée dans l'autophagie sélective. Les autophagosomes positifs pour la LC3C sont recrutés par la protéine lysosomale TECPR1 (Tectonin β-propeller repeat-containing protein 1) lors de la dégradation sélective des agrégats protéiques (aggrephagie). La LC3C se lie préférentiellement au récepteur NDP52 pour la dégradation des pathogènes (xénophagie). La LC3C partage ~ 54 % d'identité de séquence avec la LC3B et possède une région N-terminale sans structure contenant un motif riche en proline (PRR). Leurs extrémités N-terminales sont importantes pour diverses fonctions autophagiques, de l'expansion du phagophore aux interactions avec les récepteurs de cargo. L'objectif principal de cette thèse est de définir les fonctions spécifiques des protéines LC3B et LC3C dans l'autophagie non sélective et sélective, et d'identifier les éléments structuraux qui confèrent cette spécificité. À cette fin, nous avons combiné la reconstitution in vitro, la caractérisation biophysique de membranes enrichies en LC3 et des analyses cellulaires quantitatives. Les travaux présentés dans cette thèse montrent que la LC3B et la LC3C possèdent des propriétés biochimiques fondamentalement différentes. Le motif PRR de la région N-terminale de la LC3C est un régulateur clé qui confère une spécificité fonctionnelle. L'ajout du motif PRR dans la région N-terminale de la LC3B rend son profil fonctionnel similaire à celui de la LC3C, tandis que la délétion de cet élément dans la LC3C confère des caractéristiques proches de la LC3B. En outre, la conjugaison de la LC3B et la LC3C aux phospholipides du phagophore dépend de complexes ligases de type E3 distincts. La lipidation de la LC3B nécessite strictement le complexe ATG12-ATG5-ATG16L1, tandis que la présence d'ATG16L1 n'est pas nécessaire pour la lipidation de LC3C. Dans l'ensemble, les protéines LC3B et LC3C ont des fonctions non redondantes, médiées par le motif PRR dans le N-terminale de la LC3C. Ces résultats sont importants pour la compréhension des fonctions propres à la LC3B et la LC3C et permettent d'envisager le développement de modulateurs de l'autophagie capables de réguler, de manière différenciée, l'autophagie sélective et non sélective dans des contextes pathologiques.