Characterization of two sorting nexins : sorting nexin-11 and sorting nexin-30

À l’intérieur de la cellule sillonnent d’innombrables molécules, certaines par diffusion et d’autres sur des routes moléculaires éphémères, empruntées selon les directives spécifiques de protéines responsables du trafic intracellulaire. Parmi celles-ci, on compte les sorting nexins, qui déterminent le sort de plusieurs types de protéine, comme les récepteurs, en les guidant soit vers des voies de dégradation ou de recyclage. À ce jour, il existe 33 membres des sorting nexins (Snx1-33), tous munies du domaine PX (PHOX-homology). Le domaine PX confère aux sorting nexins la capacité de détecter la présence de phosphatidylinositol phosphates (PIP), sur la surface des membranes lipidiques (ex : membrane cytoplasmique ou vésiculaire). Ces PIPs, produits de façon spécifique et transitoire, recrutent des protéines nécessaires à la progression de processus cellulaires. Par exemple, lorsqu’un récepteur est internalisé par endocytose, la région avoisinante de la membrane cytoplasmique devient occupée par PI(4,5)P2. Ceci engendre le recrutement de SNX9, qui permet la progression de l’endocytose en faisant un lien entre le cytoskelette et le complexe d’endocytose. Les recherches exposées dans cette thèse sont une description fonctionnelle de deux sorting nexins peux connues, Snx11 et Snx30. Le rôle de chacun de ces gènes a été étudié durant l’embryogenèse de la grenouille (Xenopus laevis). Suite aux résultats in vivo, une approche biomoléculaire et de culture cellulaire a été employée pour approfondir nos connaissances. Cet ouvrage démontre que Snx11 est impliqué dans le développement des somites et dans la polymérisation de l’actine. De plus, Snx11 semble influencer le recyclage de récepteurs membranaires indépendamment de l’actine. Ainsi, Snx11 pourrait jouer deux rôles intracellulaires : une régulation actine-dépendante du milieu extracellulaire et le triage de récepteurs actine-indépendant. De son côté, Snx30 est impliqué dans la différentiation cardiaque précoce par l’inhibition de la voie Wnt/β-catenin, une étape nécessaire à l’engagement d’une population de cellules du mésoderme à la ligné cardiaque. L’expression de Snx30 chez le Xénope coïncide avec cette période critique de spécification du mésoderme et le knockdown suscite des malformations cardiaques ainsi qu’à d’autres tissus dérivés du mésoderme et de l’endoderme. Cet ouvrage fournit une base pour des études futures sur Snx11 et Snx30. Ces protéines ont un impact subtil sur des voies de signalisation spécifiques. Ces caractéristiques pourraient être exploitées à des fins thérapeutiques puisque l’effet d’une interférence avec leurs fonctions pourrait être suffisant pour rétablir un déséquilibre cellulaire pathologique tout en minimisant les effets secondaires.

The intracellular milieu is housed by countless numbers of intracellular molecules travelling by diffusion or along transient paths, which are regulated by specific trafficking proteins. Among these traffic regulators are the sorting nexins that determine the fate of internalized proteins by directing toward a defined path, which can lead to either degradation or recycling. To date, 33 sorting nexins (Snx1-33) have been identified, which all share a common characteristic, the presence of a PX (PHOX-homology) domain. The PX domain is a phosphatidylinositol phosphate (PIP)-binding domain, which helps bring sorting nexins to PIP-enriched areas of lipid membranes. For example, during receptor endocytosis, the surrounding membrane becomes transiently occupied by PI(4,5)P2. PI(4,5)P2 is then recognized by Snx9, which contributes to the progression of endocytosis by linking the receptor complex to the actin cytoskeleton. The research presented in this thesis is the first to investigate the functions for two sorting nexins, Snx11 and Snx30, during embryogenesis and endosomal protein trafficking. Results obtained from knockdown experiments in the frog (Xenopus laevis) were combined with data from cell culture and biomolecular experiments to propose a function for these two proteins. The data presented here suggest that Snx11 is involved in somitogenesis, and regulates actin-dependent and -independent processes. Snx11 could serve as a scaffolding protein, linking the extra-cellular matrix to the actin cytoskeleton and could also function in actin-independent receptor recycling. On the other hand, Snx30 is implicated in early cardiogenesis and promotes the commitment of a population of mesoderm cells to the cardiac lineage. It does so through the inhibition of Wnt/β-catenin signaling but the underlying mechanism is still unclear. Expression of Snx30 in Xenopus coincides with this critical period of cardiac specification and knockdown of Snx30 results in cardiac malformations as well as other defects in mesoderm- and endoderm-derived tissue. In addition, data from both Xenopus and HEK293T cell culture show that knockdown of Snx30 increases Wnt/β-catenin signaling. This work provides the basis for future studies on Snx11 and Snx30. Interestingly, Snx11 and Snx30 seem to act as fine-tuners of signaling pathways. These proteins could potentially become interesting therapeutic targets due to their specificity and relatively subtle impact when knocked-down. As such, interference with their function could be useful to re-balance a cellular disequilibrium while minimizing side effects.