Analyse fonctionnelle de la phosphorylation du co-chaperon moléculaire BAG3 et de son action dans la morpho-dynamique des cellules mitotiques

La division cellulaire constitue le principe fondamental de la vie et repose sur des changements architecturaux cellulaires spectaculaires. Plusieurs de ces changements sont dirigés par le remodelage précis de structures mécano-sensibles à base d'actine. De plus en plus d'évidences suggèrent une relation étroite entre le contrôle de qualité des protéines et la régulation spatiotemporelle de la dynamique des structures d'actine entre autres, par l'intermédiaire de mécanismes de séquestration ou de dégradation des protéines. Les petites protéines de choc thermique (HSPB) sont des chaperons moléculaires qui font partie intégrante du réseau de contrôle de qualité des protéines, lesquelles contribuent à l'homéostasie du protéome. Ces chaperons émergent comme des modulateurs des structures à base d'actine en conditions physiologiques et comme des protecteurs de l'intégrité de ces structures en conditions de stress. Selon le modèle prévalent, l'assemblage des HSPB en structures oligomériques dynamiques leur confère leur fonction dans la séquestration de composantes cellulaires pour prévenir une agrégation protéique non-spécifique. Néanmoins, leur mode d'action demeure encore élusif : le fait que certaines HSPB ne formeraient pas d'oligomères suggère un autre mécanisme d'action pour ces HSPB. C'est le cas de HSPB8, qui forme un complexe avec le co-chaperon moléculaire BAG3. Les prémices des travaux de cette thèse ont été la découverte d'un nouveau rôle pour ce complexe au cours de la mitose : BAG3, d'une manière dépendante de son association avec HSPB8, facilite le remodelage drastique du cytosquelette d'actine requis pour le positionnement du fuseau mitotique et la ségrégation adéquate des chromosomes. L'objectif de cette thèse était d'identifier le mode de régulation de la fonction mitotique de BAG3-HSPB8 et de disséquer les mécanismes moléculaires impliqués qui facilitent le remodelage du cytosquelette d'actine mitotique. Les travaux de cette thèse apportent des évidences que la modulation des fonctions mitotiques de BAG3 est dépendante de sa phosphorylation par la kinase mitotique CDK1 sur des résidus spécifiques ; Thr285 et Ser386. Ces phosphorylations lui confèrent une activité différentielle sur l'arrondissement cellulaire versus le positionnement du fuseau mitotique. De plus, BAG3 serait phosphorylée dès la phase G2/M sur le résidu Ser195, ce qui modulerait son enrichissement en périphérie du noyau à la transition G2/M. Nos résultats suggèrent que ces phosphorylations seraient impliquées dans la modulation d'associations protéiques différentielles, selon les phases du cycle cellulaire. En outre, l'entrée des cellules en mitose est marquée par l'association de BAG3 avec des protéines du cytosquelette d'actine, telle que cortactine, ainsi qu'avec des acteurs du contrôle de qualité des protéines, notamment le récepteur autophagique p62/SQSTM1 et la déacétylase HDAC6. De manière cruciale, la phosphorylation et les associations protéiques mitotiques de BAG3 sont dépendantes de sa liaison à HSPB8. Nos résultats suggèrent un model selon lequel le complexe BAG3-HSPB8 régule l'assemblage de p62/SQSTM1 en corps supramoléculaires qui pourraient offrir une plateforme pour isoler et réguler l'assemblage de complexes protéiques impliqués dans le remodelage des structures d'actine mitotiques. Via ce mécanisme d'action, BAG3-HSPB8 limiterait la polymérisation de l'actine branchée dépendante d'Arp2/3, en modulant négativement l'activité déacétylase de HDAC6 sur son substrat cortactine, un processus qui faciliterait l'arrondissement mitotique. Ainsi, nos résultats mettent en avant un rôle central pour la phosphorylation de BAG3 dans la modulation de son action mitotique, en étroite collaboration avec ses partenaires HSPB8 et p62/SQSTM1. L'ensemble de nos données contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels le complexe chaperon BAG3-HSPB8 orchestre le remodelage dynamique des structures cellulaires mitotiques à base d'actine et facilite les changements de forme des cellules requis pour la progression mitotique. Ces travaux ont également permis l'identification de nouvelles cibles moléculaires du complexe chaperon, entre autres impliquées dans la dynamique du cytosquelette d'actine. Ces travaux offrent de nouvelles pistes d'investigations intéressantes concernant le développement de pathologies associées à une dérégulation du complexe BAG3-HSPB8, notamment dans la progression tumorale.Cell division is the fundamental principle of life and is based on spectacular cellular architectural changes. Many of them are driven by the accurate remodeling of mechanosensitive actin-based structures. Growing evidence suggests a close relationship between protein quality control and the spatiotemporal regulation of actin remodeling, through mechanisms that would promote protein sequestration and/or degradation. Small heat shock proteins (HSPBs) are molecular chaperones that are an integral part of the protein quality control network, which contribute to maintain proteome homeostasis. They emerge as modulators of actin-based structures under physiological conditions and as guardians of the integrity of cytoskeletal structures under stress conditions. According to the prevailing model, the assembly of HSPBs into large oligomers confers them with the ability to sequester cellular components and prevent unspecific aggregation of damaged proteins. Nevertheless, their mode of action remains elusive: the observation that some HSPBs do not form oligomers suggests another mechanism of action for these HSPBs. This is the case for HSPB8, which forms a complex with the molecular co-chaperone BAG3. The working model of this thesis is based on the initial discovery in our laboratory of a new role for this complex during cell division: BAG3 facilitates the drastic remodeling of the actin cytoskeleton required for spindle positioning and proper segregation of chromosomes, in a manner that requires HSPB8. The aim of this thesis was to identify the mechanisms whereby such a function of the BAG3-HSPB8 chaperone complex is regulated, and to investigate how the complex can facilitate mitotic actin cytoskeleton remodeling. The work presented here provides evidence that the modulation of BAG3 mitotic functions depends on its phosphorylation by the mitotic kinase CDK1 at specific residues, Thr285 and Ser386, which confers differential activity on cell rounding versus mitotic spindle positioning. Evidence also suggests that BAG3 would be phosphorylated earlier in the G2/M phase, at Ser195, which would modulate its perinuclear enrichment. Our results suggest that these phosphorylations could be involved in defining specific protein associations, in a cell-cycle dependent manner. In addition, we found that mitotic entry is marked by the stimulation of BAG3'sassociation with proteins that organize the actin cytoskeleton, such as cortactin, as well as with protein quality control actors, notable, the autophagic receptor p62/SQSTM1 and the deacetylase HDAC6. Critically, BAG3 phosphorylation and its associations with mitotic protein partners rely on its binding to HSPB8. The results suggests a model whereby the BAG3-HSPB8 complex would regulate the molecular assembly of p62/SQSTM1 into mitotic bodies that could provide a platform to sequester and facilitate protein complex assembly implicated in mitotic actin cytoskeleton remodeling. Via this mechanism, BAG3-HSPB8 could limit branched actin polymerization that depends on Arp2/3 activity, by down-modulating HDAC6 deacetylase activity towards its substrate cortactin, a process that would facilitate mitotic cell rounding. Thus, our results highlight a central role of BAG3 phosphorylation in the modulation of its mitotic action, in close relationship with its partners HSPB8 and p62. Altogether, our data contribute to a better understanding of the molecular mechanisms by which the BAG3-HSPB8 chaperone complex orchestrates the dynamic remodeling of mitotic cell structures and thereby, facilitates the cell shape changes required for mitotic progression. This study has also identified new molecular targets of the chaperone complex there are, among others, involved in the dynamics of the actin cytoskeleton. Thus, this work offers new avenues of investigation regarding the development of pathologies associated with a deregulation of the BAG3-HSPB8 complex, particularly in tumor progression