Soutenance de thèse de Marwa ELREFAEY

Étant donné les rôles importants que joue l'autophagie dans le maintien de l'homéostasie cellulaire et la survie dans des conditions de stress et son implication dans divers aspects du développement et de la physiopathologie des animaux, il n'est pas surprenant que l'autophagie doive être finement régulée pour éviter une activité excessive ou insuffisante. Plusieurs études, à partir des années 1950, ont disséqué la machinerie de l'autophagie et son mode de mobilisation ainsi que les facteurs utilisés pour cette mobilisation. Des études plus récentes de la dernière décennie ont établi les voies InR/PI3K/TOR comme les principaux régulateurs moléculaires de l'autophagie. Cependant, de nombreuses questions connexes restent sans réponse. Jusqu'à récemment, l'aspect cytoplasmique du contrôle de l'autophagie était le seul centre d'intérêt, mais les études émergentes se sont concentrées sur l'importance de la régulation transcriptionnelle de l'autophagie qui, à part quelques études, reste largement non caractérisée chez Drosophila melanogaster. En outre, les différences de mobilisation de l'autophagie dues à des stimuli différents, par exemple les signaux hormonaux dans le développement ou la rareté des nutriments, restent floues. L'objectif de mon projet de doctorat est d'identifier de nouveaux régulateurs de l'autophagie dans le corps gras de la larve L3, un système idéal pour étudier l'autophagie en raison de sa capacité à activer sa machinerie d'autophagie en réponse à divers stimuli, dont les signaux de développement et la famine sont au centre de l'étude actuelle. Trois approches ont été adoptées pour étudier ce phénomène. - La première approche consiste à trouver de nouveaux régulateurs transcriptionnels de l'autophagie, en tirant parti des immenses changements transcriptomiques inhérents qui se produisent lors de la transition de L3F à L3W dans des conditions physiologiques de type sauvage. Cela a été réalisé par l'identification des profils transcriptomiques associés à la quiescence, à l'apparition et à l'induction de l'autophagie dans les L3F, L3F/W et L3W respectivement. En combinaison avec l'analyse bioinformatique, les profils transcriptomiques identifiés ont révélé un nouveau régulateur transcriptomique de l'autophagie. - L'étude des processus qui diffèrent dans l'autophagie programmée par le développement et l'autophagie induite par la famine a été un autre axe de mon projet de doctorat. Cela a été réalisé par l'analyse de la séquence d'ARN qui a révélé le profil transcriptomique relatif à l'autophagie induite par la famine dans les corps gras L3F et dans l'autophagie programmée par le développement. L'analyse bioinformatique a permis de délimiter les événements globaux qui se produisent dans le corps adipeux et qui accompagnent chaque type d'autophagie, les éléments d'autophagie spécifiques à chaque type d'autophagie, ainsi que les régulateurs et les gènes de base de l'autophagie nécessaires à l'induction de ces deux types d'autophagie. - En outre, la nouvelle fonction de répression de l'autophagie par médiation de Hox, découverte il y a quelques années dans le groupe de recherche Graba/Saurin, a été étudiée plus en détail au niveau transcriptomique en utilisant des approches ARN-séq. De nouvelles cibles régulées génériquement par les protiens de Hox, indépendamment de leur identité paralogique, ont été identifiées et caractérisées fonctionnellement et se sont avérées être impliquées dans l'autophagie induite par la famine, en plus de leur implication dans l'autophagie du développement. En outre, grâce à l'analyse bioinformatique, nous avons pu illustrer les effets de la convergence des activités de Hox dans le corps adipeux, ainsi que le rôle individuel de chaque Hox. Les trois approches mentionnées nous ont permis de mieux comprendre les signaux transcriptomiques déclenchant l'induction de l'autophagie ainsi que les événements globaux préalables au corps adipeux qui accompagnent l'induction de l'autophagie.

Given the important roles autophagy plays in the maintenance of cellular homeostasis and survival under stress conditions and its involvement in various aspects of animal development and pathophysiology, it is not surprising that autophagy needs to be finely regulated to avoid either excessive or insufficient activity. Several studies, starting from the 1950s, dissected the autophagy machinery and how it is mobilized and the factors used for this mobilization. More recent studies in the last decade established the InR/PI3K/TOR pathways as the master molecular regulators of autophagy. However, many relatable questions remain unresolved. Until recently, the cytoplasmic aspect of autophagy control was the only focus of interest, however emerging studies have focused on the importance of transcriptional regulation of autophagy which is apart from a few studies remain largely uncharacterized in Drosophila melanogaster. Additionally, the differences in autophagy mobilization due to different stimuli, for example hormonal cues in development or nutrient scarcity, remain unclear. The aim of my PhD project is to identify novel regulators of autophagy in the L3 larval fat body, an ideal system to study autophagy due to its ability to activate its autophagy machinery in response to various stimuli, of which, developmental cues and starvation are the focus of the current study. This was addressed in three approaches. • The first approach is to find novel transcriptional regulators of autophagy, taking advantage of the immense inherent transcriptomic changes that occur on the transition from L3F to L3W in wildtype physiological conditions. This was achieved by the identification of the transcriptomic profiles associated with autophagy quiescence, onset, and induction in L3F, L3F/W, and L3W respectively. In combination with bioinformatic analysis, the identified transcriptomic profiles revealed a novel transcriptomic regulator of autophagy. • The investigation of processes that differ in developmentally-programmed and starvation-induced autophagy was another focus of my PhD project. This was achieved by RNA-seq analysis which revealed the transcriptomic profile pertaining to starvation-induced autophagy in L3F fat bodies, and in the developmentally programmed autophagy. Bioinformatic analysis could delineate the global events occurring in the fat body which accompany each type of autophagy, the autophagy elements specific to each type of autophagy, as well as the core autophagy regulators and genes required for the induction of both types of autophagy. • Additionally, the novel function of Hox-mediated autophagy repression, discovered a few years ago in the Graba/Saurin research group, was further investigated on the transcriptomic level using RNA-seq approaches. Novel targets regulated generically by Hox protiens, independent of their paralog identity, were identified and functionally characterized and were found to be implicated in starvation-induced autophagy, in addition to their implication in developmental autophagy. Additionally, through bioinformatic analysis, we could illustrate the effects of the convergence of Hox activities in the fat body, as well as the individual role of each Hox. The three approaches mentioned gave us novel insights in the transcriptomic signals triggering autophagy induction as well as the global fat body prerequisite events accompanying autophagy induction.