Soutenance de thèse de BOITEL Clothilde
Titre de thèse
L'étude de Cspp1 comme régulateur de la production des centrioles.
The study of Cspp1 as a regulator of centriole production.
Résumé de la thèse
Les cils sont des organites conservés constitués d'un axonème de microtubules polarisé, assurant des fonctions sensorielles ou motiles (Spassky & Meunier, 2017; Meunier & Azimzadeh, 2016). Les altérations des cils primaires provoquent un large spectre de maladies génétiques regroupées sous le terme de ciliopathies primaires, tandis que les défauts des cils motiles entraînent des ciliopathies motiles affectant principalement l'épuration mucociliaire respiratoire, la fertilité et la circulation du liquide céphalorachidien (Wallmeier et al., 2020; Boon et al., 2014). Dans de nombreux cas, cependant, un même gène muté affecte les deux types de cils et certains patients présentent des atteintes combinées, illustrant le chevauchement des tableaux cliniques. Ce partage d'une machinerie ciliaire commune met en évidence la nécessité de comprendre finement comment des acteurs moléculaires individuels contrôlent l'assemblage et le fonctionnement des cils primaires et motiles (Reiter & Leroux, 2017).
Les MCCs constituent un exemple extrême de spécialisation ciliaire : elles portent des dizaines à des centaines de cils motiles à leur pôle apical et génèrent ainsi des flux de liquide dirigés à la surface des épithéliums. Leur développement repose sur un programme de multiciliogenèse qui comprend la production massive de centrioles, leur migration apicale, leur conversion en corpuscules basaux puis l'assemblage coordonné des cils (Brooks & Wallingford, 2014; Boutin & Kodjabachian, 2019). Dans les épithéliums multiciliés matures, le réseau de microtubules apical est essentiel pour l'orientation des corpuscules basaux et la coordination du battement ciliaire, notamment via des interactions avec les signaux de polarité planaire (Werner et al., 2011; Vladar et al., 2012). Plusieurs protéines associées aux microtubules (MAPs) ont été impliquées dans le contrôle du nombre de cils, de leur longueur et de la stabilité axonémale, soulignant l'importance de la régulation des microtubules pour le bon fonctionnement des MCCs (Gui et al., 2021; Poirier et al., 2025). Cspp1 est une MAP capable de se lier aux microtubules, de stabiliser leurs extrémités et de réparer des réseaux endommagés (van den Berg et al., 2023). Elle est observée au niveau des centres organisateurs des microtubules en interphase et du fuseau mitotique au cours du cycle cellulaire (Patzke et al., 2010). Les mutations de CSPP1 sont associées au syndrome de Joubert (JBTS), une ciliopathie affectant principalement les cils sensibles (Akizu et al., 2014), mais la relecture des données cliniques montre que certains patients CSPP1 JBTS présentent aussi des signes compatibles avec une atteinte des cils motiles, comme des sinusites chroniques (Tuz et al., 2014). Cependant, le rôle de CSPP1 dans la différenciation et la maturation fonctionnelle des cellules multiciliées n'a pas encore été caractérisé.
Dans ce travail, nous étudions le rôle de Cspp1 au cours du développement des MCCs en combinant deux modèles complémentaires : les cultures de cellules épithéliales trachéales de souris (mTECs) et l'épiderme embryonnaire de xénope. Nous montrons que Cspp1 se localise aux sites de production massive de centrioles, notamment aux fibrous granules et aux deutérosomes, organites transitoires spécifiques des MCCs impliqués dans l'amplification centriolaire. Des approches de perte de fonction, par shRNA dans les mTECs et morpholinos chez le xénope, révèlent que l'inactivation de Cspp1 perturbe la centriologenèse, la ciliogenèse et la génération de flux à la surface des MCCs. Les premiers défauts observés au niveau des deutérosomes suggèrent que l'organisation du réseau de microtubules est un élément clé de ce processus. Nos résultats ouvrent ainsi la voie à une exploration plus large du rôle des MAPs dans la régulation du réseau microtubulaire au cours de la multiciliogenèse et désignent ces protéines comme des candidates importantes pour mieux comprendre l'origine de certaines ciliopathies.
Thesis resume
Cilia are conserved organelles composed of a polarized microtubule axoneme that mediate sensory or motile functions (Spassky and Meunier, 2017; Meunier and Azimzadeh, 2016). Alterations of primary cilia cause a broad spectrum of genetic diseases collectively referred to as primary ciliopathies, whereas defects in motile cilia result in motile ciliopathies that mainly affect airway mucociliary clearance, fertility, and cerebrospinal fluid circulation (Wallmeier et al., 2020; Boon et al., 2014). In many cases, however, mutations in a single gene affect both cilium types, and some patients present combined phenotypes, illustrating the substantial overlap between clinical presentations. This shared ciliary machinery highlights the need to understand how individual molecular players control the assembly and function of primary and motile cilia (Reiter and Leroux, 2017).
Multiciliated cells (MCCs) represent an extreme example of ciliary specialization: they bear tens to hundreds of motile cilia at their apical surface and thereby generate directed fluid flow along epithelial surfaces. Their development relies on a multiciliogenesis program that includes massive centriole production, apical migration, conversion into basal bodies, and the coordinated assembly of multiple cilia (Brooks and Wallingford, 2014; Boutin and Kodjabachian, 2019). In mature multiciliated epithelia, the apical microtubule network is essential for basal body orientation and coordinated ciliary beating, notably through interactions with planar cell polarity signaling (Werner et al., 2011; Vladar et al., 2012). Several microtubule‑associated proteins (MAPs) have been implicated in controlling cilia number, length, and axonemal stability, underscoring the importance of microtubule regulation for proper MCC function (Gui et al., 2021; Poirier et al., 2025). CSPP1 is a MAP that binds microtubules, stabilizes their plus ends, and repairs damaged microtubule networks (van den Berg et al., 2023). It localizes to microtubule‑organizing centers in interphase and to the mitotic spindle during the cell cycle (Patzke et al., 2010). Mutations in CSPP1 are associated with Joubert syndrome (JBTS), a ciliopathy that primarily affects sensory cilia (Akizu et al., 2014), yet re‑examination of clinical data shows that some CSPP1‑JBTS patients also present signs consistent with motile cilia defects, such as chronic sinusitis (Tuz et al., 2014). However, the role of CSPP1 in the differentiation and functional maturation of multiciliated cells has not yet been characterized.
In this work, we investigate the role of Cspp1 during MCC development using two complementary models: mouse tracheal epithelial cell (mTEC) cultures and the Xenopus embryonic epidermis. We show that Cspp1 localizes to sites of massive centriole production, including fibrous granules and deuterosomes, transient MCC‑specific organelles involved in centriole amplification. Loss‑of‑function approaches, using shRNA in mTECs and morpholinos in Xenopus, reveal that Cspp1 inactivation impairs centriole biogenesis, ciliogenesis, and fluid flow generation at the surface of MCCs. The earliest defects observed at deuterosomes suggest that proper organization of the microtubule network is a key element of this process. Our results thus pave the way for a broader exploration of MAP functions in organizing the microtubule network during multiciliogenesis and identify these proteins as important candidates for elucidating the cellular origins of certain ciliopathies.