Liquid-liquid phase separation mediated by low complexity sequence domains promotes stress granule assembly and drives pathological fibrillization

• Main Author: Palud, Amandine
• Other Authors: Paris 6
• Language: en
• Published: 2015
• Subjects: Transition de phases; Protéines liant l'ARN; Sclérose latérale amyotrophique; Granules de stress; Domaine composé d'une séquence à faible complexité; Amyloïde; Phase transition; RNA-binding proteins; Amyloids; 570
• Online Access: http://www.theses.fr/2015PA066560/document

Il a été observé que l’altération des fonctions des granules de stress, entités cytoplasmiques non-membranaires composées d’ARN et de protéines liant l’ARN (RBPs), peut conduire au développement de maladies telles que la sclérose latérale amyotrophique, la démence fronto-temporale, la myopathie à inclusions et la maladie de Paget des os. Ces pathologies sont caractérisées par un dépôt cytoplasmique d’inclusions solides enrichies en RBPs et comprenant des fibrilles. Une connexion génétique a été suggérée entre la persistance des granules de stress et l’accumulation de ces inclusions pathologiques dans le cytoplasme des patients. Dans mon manuscrit de thèse, il est mis en évidence le fait que la protéine hnRNPA1, dont les mutations entrainent les maladies mentionnées plus haut, subit une séparation de phases entre deux liquides connue également sous l’appellation « Séparation de Phases Liquide-Liquide » (LLPS) dans des gouttelettes enrichies en protéines. Bien que le domaine composé d’une séquence à faible complexité (Low Complexity sequence Domains ou LCD) soit suffisant pour obtenir cette séparation de phases, les domaines de liaison à l’ARN y contribuent également en présence d’ARN. Cela a permis d’envisager l’existence de plusieurs mécanismes intervenant dans la régulation de l’assemblage de ces granules. Un autre résultat a mis en exergue le fait que la formation de fibrilles n’est pas une obligation pour permettre la séparation de phases mais que les gouttelettes, enrichies en protéines, entrainent, par ailleurs, une augmentation de la formation de ces fibrilles. La séparation de phases liquide-liquide induite par le domaine composé d’une séquence à faible complexité semble contribuer à l’assemblage des granules de stress et à leurs propriétés liquides. Finalement, cette étude propose d’établir une réelle corrélation entre la formation des granules de stress qui deviennent persistants et l’accumulation d’inclusions pathologiques dans le cytoplasme des patients. === Stress granules are membrane-less organelles composed of RNA-binding proteins (RBPs) and RNA. Functional impairment of stress granules has been implicated in amyotrophic lateral sclerosis, inclusion body myopathy, Paget’s disease of bone and frontotemporal dementia; these diseases are characterized by solid, fibrillar, cytoplasmic inclusions that are rich in RNA binding proteins (RBPs). Genetic evidence suggests a link between persistent stress granules and the accumulation of pathological inclusions. In this thesis manuscript, I demonstrate that the disease-related RBP hnRNPA1 undergoes liquid-liquid phase separation (LLPS) into protein-rich droplets mediated by a low complexity sequence domain (LCD). While the LCD of hnRNPA1 is sufficient to mediate LLPS, the folded RNA recognition motifs contribute to LLPS in the presence of RNA, potentially giving rise to several mechanisms for regulating assembly of stress granules. Importantly, while not required for LLPS, fibrillization is enhanced in protein-rich droplets. I suggest that LCD-mediated LLPS contributes to the assembly of stress granules and their liquid properties, and provides a mechanistic link between persistent stress granules and fibrillar protein pathology in disease.