Soutenance de thèse de MONICA CASTRO CRUZ

Les syndécans forment une famille de quatre protéines transmembranaires qui sont substituées par l'héparane sulfate. Grâce à ces chaînes glucidiques extracellulaires, les syndécans contrôlent la signalisation d'une pléthore de facteurs de croissance et de molécules d'adhésion. Une autre caractéristique remarquable des syndécans est la conservation de leur domaine intracellulaire au cours de l'évolution. Ce domaine contient un motif C-terminal qui peut induire une interaction avec les protéines dites «PDZ». Les interactions PDZ sont promiscues et les protéines PDZ contrôlent divers aspects de la signalisation cellulaire et de la communication cellule-cellule. Quatre interactions syndecan-PDZ ont été décrites à ce jour et toutes ces interactions ont des effets drastiques sur le comportement des cellules. En particulier, il a été documenté que l'interaction syndécan-synténine a un impact sur le trafic intracellulaire de molécules de signalisation liant l’héparan sulfate. De plus, les syndécans et la synténine coopèrent dans le contrôle la biogenèse des exosomes, organites extracellulaires fonctionnant comme des médiateurs importants de la communication cellule-cellule (y compris dans différentes maladies systémiques comme le cancer). Le protéome humain compte 150 protéines PDZ qui contiennent 266 domaines PDZ. Dans ce travail, nous avons mis à jour la complexité de l'interactome syndecan-PDZ et testé son impact sur le trafic membranaire et sur la composition des vésicules extracellulaires. À cette fin, nous avons construit et validé une nouvelle ressource double-hybride (Y2H). Nous avons cartographié l'interactome humain syndécans-PDZ complet et validé un sous-ensemble de ces interactions en utilisant des protéines recombinantes. En utilisant divers tests cellulaires, nous avons abordé la pertinence fonctionnelle de cet interactome. Nous avons révélé 30 interactions syndecan-PDZ jusqu’ici inconnues. Par des études de perte de fonction (ARNi), nous avons établi que douze de ces protéines PDZ contrôlent les niveaux de syndecan-1 et -4 à l'état d'équilibre et/ou le trafic endosomal. Nous nous sommes concentrés sur la protéine PDZ LNX1, qui fonctionne également comme une ubiquitine ligase, et nous avons montré qu'elle contrôle les niveaux de syndecan-1 et fonctionne dans l'homéostasie des endosomes et de l’appareil de Golgi. LNX1 régule l'ubiquitination, la dégradation et le trafic vésiculaire du syndecan-1 et contrôle la formation et la composition des vésicules extracellulaires. En conclusion, notre étude a établi la carte des interactions syndecan-PDZ et a montré que celles-ci peuvent fonctionner comme des régulateurs importants du trafic intra- et extracellulaire et de la signalisation. Notre travail ouvre la voie à une meilleure compréhension des réseaux moléculaires contrôlant la communication cellule-cellule en physio-pathologie.

Syndecans form a family of four transmembrane proteins that are substituted with heparan sulfate. By virtue of these extracellular carbohydrate chains, syndecans control the signaling of a plethora of growth factors and adhesion molecules. Another remarkable feature of syndecans is the conservation of their intracellular domain through evolution. This domain contains a C-terminal motif that can mediate interaction with ‘so-called’ PDZ proteins. PDZ interactions are promiscuous and PDZ proteins control various aspects of cell signaling and cell-cell communication. Four syndecan-PDZ interactions have been described so far and all these interactions have broad effects on cell behavior. In particular, it was documented that syndecan-syntenin interaction has impact on the intracellular trafficking of heparan sulfate cargo. Moreover syndecan-syntenin controls the biogenesis of exosomes, extracellular organelles emerging as important mediators of cell-cell communication in health and diseases. The human proteome contains 150 PDZ proteins and 266 PDZ domains. Here we started addressing the complexity of the syndecan-PDZ interactome and tested for its impact on membrane trafficking and on the composition of extracellular vesicles. For that purpose, we built and validated a new Yeast Two-Hybrid (Y2H) resource. We mapped the full human syndecan-PDZ interactome and validated a subset of these interactions using recombinant proteins. Using various cellular assays, we addressed the functional relevance of this PDZ-interactome. We revealed 30 as yet unknown syndecan-PDZ interactions. By loss-of-function studies (iRNA), we established that twelve of these PDZ proteins impact on syndecan1/4 steady state levels and/or endosomal trafficking. Focusing on the PDZ protein LNX1, which also functions as an ubiquitin ligase, we showed that it controls the steady-state levels of syndecan 1 and functions in the homeostasis of the endosomal and Golgi compartments. LNX1 impacts on syndecan 1 ubiquitination, degradation, and vesicular trafficking and controls the formation and composition of extracellular vesicles. Taken together, our studies established the map of syndecan-PDZ interactions and indicated that these can act as master regulators of intra- and extracellular trafficking and cell signaling. Our work paves the way for a better understanding of the molecular mechanisms and networks controlling cell-cell communication in health and disease.