Boulais_Jonathan_JB_2011_these

Université de Montréal
L’évolution du phagosome
Par
Jonathan Boulais
Département de Pathologie et Biologie Cellulaire
Faculté de Médecine
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures
En vue de l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph. D)
en Pathologie et Biologie Cellulaire
31 décembre, 2010

II
© Jonathan Boulais, 2010
Université de Montréal
Faculté des études supérieures
Cette thèse intitulée :
L’évolution du phagosome
Présenté par :
Jonathan Boulais
A été évaluée par un jury composé des personnes suivantes :
Dorian-Lucian Ghitescu, président-rapporteur
Michel Desjardins, directeur de recherche
Sébastien Lemieux, membre du jury
Jérome Garin, examinateur externe
Nathalie Arbour, représentante du doyen de la FES

III
À mon papa, le grand boxeur au cœur d’or

IV
Résumé
La phagocytose est un processus cellulaire par lequel de larges particules sont
internalisées dans une vésicule, le phagosome. Lorsque formé, le phagosome
acquiert ses propriétés fonctionnelles à travers un processus complexe de maturation
nommé la biogénèse du phagolysosome. Cette voie implique une série d’interactions
rapides avec les organelles de l’appareil endocytaire permettant la transformation
graduelle du phagosome nouvellement formé en phagolysosome à partir duquel la
dégradation protéolytique s’effectue. Chez l’amibe Dictyostelium discoideum, la
phagocytose est employée pour ingérer les bactéries de son environnement afin de se
nourrir alors que les organismes multicellulaires utilisent la phagocytose dans un but
immunitaire, où des cellules spécialisées nommées phagocytes internalisent, tuent et
dégradent les pathogènes envahissant de l’organisme et constitue la base de
l’immunité innée. Chez les vertébrés à mâchoire cependant, la transformation des
mécanismes moléculaires du phagosome en une organelle perfectionnée pour
l’apprêtement et la présentation de peptides antigéniques place cette organelle au
centre de l’immunité innée et de l’immunité acquise. Malgré le rôle crucial auquel
participe cette organelle dans la réponse immunitaire, il existe peu de détails sur la
composition protéique et l’organisation fonctionnelles du phagosome. Afin
d’approfondir notre compréhension des divers aspects qui relient l’immunité innée et
l’immunité acquise, il devient essentiel d’élargir nos connaissances sur les fonctions
moléculaire qui sont recrutées au phagosome.
Le profilage par protéomique à haut débit de phagosomes isolés fut
extrêmement utile dans la détermination de la composition moléculaire de cette
organelle. Des études provenant de notre laboratoire ont révélé les premières listes
protéiques identifiées à partir de phagosomes murins sans toutefois déterminer le ou
les rôle(s) de ces protéines lors du processus de la phagocytose (Brunet et al, 2003;
Garin et al, 2001). Au cours de la première étude de cette thèse (Stuart et al, 2007),
nous avons entrepris la caractérisation fonctionnelle du protéome entier du
phagosome de la drosophile en combinant diverses techniques d’analyses à haut débit
(protéomique, réseaux d’intéractions protéique et ARN interférent). En utilisant cette

V
stratégie, nous avons identifié 617 protéines phagosomales par spectrométrie de
masse à partir desquelles nous avons accru cette liste en construisant des réseaux
d’interactions protéine-protéine. La contribution de chaque protéine à
l’internalisation de bactéries fut ensuite testée et validée par ARN interférent à haut
débit et nous a amené à identifier un nouveau régulateur de la phagocytose, le
complexe de l’exocyst. En appliquant ce modèle combinatoire de biologie
systémique, nous démontrons la puissance et l’efficacité de cette approche dans
l’étude de processus cellulaire complexe tout en créant un cadre à partir duquel il est
possible d’approfondir nos connaissances sur les différents mécanismes de la
phagocytose.
Lors du 2e article de cette thèse (Boulais et al, 2010), nous avons entrepris la
caractérisation moléculaire des étapes évolutives ayant contribué au remodelage des
propriétés fonctionnelles de la phagocytose au cours de l’évolution. Pour ce faire,
nous avons isolé des phagosomes à partir de trois organismes distants (l’amibe
Dictyostelium discoideum, la mouche à fruit Drosophila melanogaster et la souris
Mus musculus) qui utilisent la phagocytose à des fins différentes. En appliquant une
approche protéomique à grande échelle pour identifier et comparer le protéome et
phosphoprotéome des phagosomes de ces trois espèces, nous avons identifié un cœur
protéique commun à partir duquel les fonctions immunitaires du phagosome se
seraient développées. Au cours de ce développement fonctionnel, nos données
indiquent que le protéome du phagosome fut largement remodelé lors de deux
périodes de duplication de gènes coïncidant avec l’émergence de l’immunité innée et
acquise. De plus, notre étude a aussi caractérisée en détail l’acquisition de nouvelles
protéines ainsi que le remodelage significatif du phosphoprotéome du phagosome au
niveau des constituants du cœur protéique ancien de cette organelle. Nous présentons
donc la première étude approfondie des changements qui ont engendré la
transformation d’un compartiment phagotrophe à une organelle entièrement apte pour
la présentation antigénique.