Molecular chaperones and associated cellular clearance mechanisms against toxic protein conformers in Parkinson's disease.

Parkinson's disease (PD) is a slowly progressive neurodegenerative disorder marked by the loss of dopaminergic neurons (in particular in the substantia nigra) causing severe impairment of movement coordination and locomotion, associated with the accumulation of aggregated α-synuclein (α-Syn) into proteinaceous inclusions named Lewy bodies. Various early forms of misfolded α-Syn oligomers are cytotoxic. Their formation is favored by mutations and external factors, such as heavy metals, pesticides, trauma-related oxidative stress and heat shock. Here, we discuss the role of several complementing cellular defense mechanisms that may counteract PD pathogenesis, especially in youth, and whose effectiveness decreases with age. Particular emphasis is given to the 'holdase' and 'unfoldase' molecular chaperones that provide cells with potent means to neutralize and scavenge toxic protein conformers. Because chaperones can specifically recognize misfolded proteins, they are key specificity factors for other cellular defenses, such as proteolysis by the proteasome and autophagy. The efficiency of the cellular defenses decreases in stressed or aging neurons, leading to neuroinflammation, apoptosis and tissue loss. Thus, drugs that can upregulate the molecular chaperones, the ubiquitin-proteasome system and autophagy in brain tissues are promising avenues for therapies against PD and other mutation-, stress- or age-dependent protein-misfolding diseases.

Role of Protein Ubiquitination in NFH-LacZ mice

In neurodegenerative diseases, one can observe deposits of degradation products that represent hallmark structures. Actually, the underlying mechanisms are not well understood, but some hypotheses claim that the ubiquitin-proteasome system is perturbed in neurodegenerative diseases. Some of the influencing factors are aging, oxidation and the formation of free radicals, as well as genetic mutations which affect the function of proteins and result in an accumulation and formation of aggresomes. The amyotrophic lateral sclerosis, in which a malfunction of the sodium dismutase perturbs the redox system, is characterized by the accumulation of elements of the cytoskeleton in motor neurons and a progressive neuronal death. We suppose that in these diseases the ubiquitin- proteasome system is deregulated and try to demonstrate this hypothesis by comparing the ubiquitination of different neurofilaments in brain and spinal cord of transgenic and control mice. These NFH-LacZ mice with a truncated NF-H protein and a ß-galactosidase marker protein induce an accumulation of NF-proteins and neurofilaments are no longer transported into axons or dendrites. The accumulation of such aggregates resembles the phenotype of amyotrophic lateral sclerosis. Beside the ubiquitination the neurofilament expression and phosphorylation state was investigated. The results cannot demonstrate a perturbation of the ubiquitin-proteasome system of neurofilaments in transgenic mice. In contrast, in accordance with the mechanism of the NFH-LacZ mice a decrease of high and medium density neurofilaments and a hypophosphorylation were found. In conclusion, to elicit the pathological mechanism of amyotrophic lateral sclerosis and to develop focused treatments, we have to review the pathological mechanism of the transgenic mice and repeat the experiments with other animal models or with human material. Other possibilities would be to focus on other degradation mechanisms, such as the endosome/lysosome system, and to define their role in the amyotrophic lateral sclerosis more clearly.

Dynamic, auxin-responsive plasma membrane-to-nucleus movement of Arabidopsis BRX.

In Arabidopsis, interplay between nuclear auxin perception and trans-cellular polar auxin transport determines the transcriptional auxin response. In brevis radix (brx) mutants, this response is impaired, probably indirectly because of disturbed crosstalk between the auxin and brassinosteroid pathways. Here we provide evidence that BRX protein is plasma membrane-associated, but translocates to the nucleus upon auxin treatment to modulate cellular growth, possibly in conjunction with NGATHA class B3 domain-type transcription factors. Application of the polar auxin transport inhibitor naphthalene phthalamic acid (NPA) resulted in increased BRX abundance at the plasma membrane. Thus, nuclear translocation of BRX could depend on cellular auxin concentration or on auxin flux. Supporting this idea, NPA treatment of wild-type roots phenocopied the brx root meristem phenotype. Moreover, BRX is constitutively turned over by the proteasome pathway in the nucleus. However, a stabilized C-terminal BRX fragment significantly rescued the brx root growth phenotype and triggered a hypocotyl gain-of-function phenotype, similar to strong overexpressors of full length BRX. Therefore, although BRX activity is required in the nucleus, excess activity interferes with normal development. Finally, similar to the PIN-FORMED 1 (PIN1) auxin efflux carrier, BRX is polarly localized in vascular cells and subject to endocytic recycling. Expression of BRX under control of the PIN1 promoter fully rescued the brx short root phenotype, suggesting that the two genes act in the same tissues. Collectively, our results suggest that BRX might provide a contextual readout to synchronize cellular growth with the auxin concentration gradient across the root tip.

Oxidation and ubiquitination in neurodegeneration.

It is widely accepted that protein oxidation is involved in a variety of diseases, including neurodegenerative diseases. Especially during aging, a reduction in anti-oxidant defence mechanisms leads to an increased formation of free radical oxygen species and consequently results in a damage of proteins, including mitochondrial and synaptic ones. Even those proteins involved in repair and protein clearance via the ubiquitin proteasome and lysosomal system are subject to damage and show a reduced function. Here, we will discuss a variety of mechanisms and provide examples where cognition is affected and where repair mechanisms are no longer sufficient to compensate for a dysfunction of damaged proteins or even may become toxic. Next to physiological deficits, an accumulation of deficient proteins in aggresomes may occur and result in a formation of pathological hallmark structures typical for aging and disease. A major challenge is how to prevent aberrant oxidation, given that oxidation plays an essential role in aging and neurodegenerative diseases. Particularly interesting are the possibilities to reduce the formation of radical oxygen species leading to a dysfunction of protein repair and protein clearance, or to a formation of toxic byproducts accelerating neurodegeneration.

Blocking hypoxia-induced autophagy in tumors restores cytotoxic T-cell activity and promotes regression.

The relationship between hypoxic stress, autophagy, and specific cell-mediated cytotoxicity remains unknown. This study shows that hypoxia-induced resistance of lung tumor to cytolytic T lymphocyte (CTL)-mediated lysis is associated with autophagy induction in target cells. In turn, this correlates with STAT3 phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and HIF-1α accumulation. Inhibition of autophagy by siRNA targeting of either beclin1 or Atg5 resulted in impairment of pSTAT3 and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Furthermore, inhibition of pSTAT3 in hypoxic Atg5 or beclin1-targeted tumor cells was found to be associated with the inhibition Src kinase (pSrc). Autophagy-induced pSTAT3 and pSrc regulation seemed to involve the ubiquitin proteasome system and p62/SQSTM1. In vivo experiments using B16-F10 melanoma tumor cells indicated that depletion of beclin1 resulted in an inhibition of B16-F10 tumor growth and increased tumor apoptosis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine in B16-F10 tumor-bearing mice and mice vaccinated with tyrosinase-related protein-2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, this study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen-specific T-cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.

SEPT4, a p53 target gene product, implicates p 53 in the regulation of exocytosis

Résumé : Le cancer, qui est responsable d'un quart des décès en Suisse, exhibe un état cellulaire désordonné, qui lui-même, est la conséquence d'un dérèglement des gènes. Le gène le plus fréquemment altéré, dans les cas de cancers humains, est p53. Ce gène encode un facteur de transcription, impliqué dans la régulation de nombreux gènes impliqués dans le cycle cellulaire, l'apoptose ou la différenciation. Notre laboratoire a récemment identifié seize nouveaux gènes, dont l'expression est régulée par p53, parmi lesquels sept4, su jet de cette thèse. La protéine 5EPT4 appartient à la famille des septines, qui est impliquée dans la cytokinèse. Dans ce travail, nous avons confirmé la régulation de l'expression de sept4 par p53 dans des tissus de souris, et étonnamment, seul un des deux promoteurs du gène sept4 est contrôlé par p53. En outre, l'approche immunohistologique nous a permis de supposer une implication de la protéine SEPT4 dans le mécanisme de l'exocytose. Cette hypothèse a été confirmée par l'interaction de SEPT4 avec la protéine syntaxine 1A, et par son activité inhibitrice sur la sécrétion stimulée. En élargissant l'étude de la protéine SEPT4, nous avons découvert que celle-ci avait comme partenaire fonctionnel, la protéine Pinl, une enzyme qui catalyse l'isomérisation cis-trans du lien peptidique précédant une proline. bans ce contexte, nous avons démontré que l'interaction entre ces deux protéines reposait sur le domaine WW de Pinl, un type de domaine reconnaissant les motifs phosphoséryl-prolyl et phosphothréonyl-prolyl. Ce dernier résultat nous a conduit à examiner la phosphorylation de 5EPT4. Nous avons démontré que la partie N-terminale de SEPT4 était phosphorylée par la kinase Cdk5. La co¬expression de Cdk5 et de SEPT4 stimule la dégradation de SEPT4, indépendamment de la voie du protéasome. Ainsi, l'ensemble de nos observations fournissent l'évidence de l'engagement de la protéine SEPT4 dans la régulation de l'exocytose, et soutiennent le rôle de p53 dans le contrôle de l'exocytose, via SEPT4, ce qui constituerait un nouveau rôle fonctionnel pour ce gardien du génome. Summary: Cancer, which is responsible for a quarter of the deaths in Switzerland, exhibits a disordered cellular state, which itself, is the consequence of an altered state of genes. The most frequently altered gene in human cancer is p53. This gene encodes a transcription factor, implicated in the regulation of numerous genes involved in cell cycle, apoptosis or differentiation. Our laboratory has recently identified sixteen new genes whose expression is regulated by p53, amongst them septin 4, which is the subject of this thesis. The SEPT4 protein belongs to the septin family which is implicated in cytokinesis. In the present work, we have confirmed the regulation of sept4 expression by p53 in mouse tissues, and surprisingly, only one of the two sept4 promoters is regulated by p53. In addition, the immunohistologic approach enabled us to suppose a role of SEPT4 in exocytosis. This assumption was confirmed by the interaction of SEPT4 with syntaxin 1A, and by its inhibiting activity on stimulated secretion. By widening the analysis of SEPT4, we identified Pin1 as an interacting protein. Pin1 is an enzyme which catalyzes the cis-trans isomerization of the peptide bond preceding a proline residue. In this context, we showed that the interaction between these two proteins depends on the WW domain of Pin 1. This domain has been shown to function as a phosphoserine- or phosphothreonine¬binding module. This last result prompted us to examine phosphorylation of SEPT4. We demonstrated that the N-terminal portion of SEPT4 was phosphorylated by the Cdk5 kinase. The co-expression of Cdk5 with 5EPT4 stimulates SEPT4 degradation, independently of the proteasome pathway. Thus, these observations provide evidence for the engagement of SEPT4 in the regulation of exocytosis, and supports the role of p53 in the control of exocytosis, via SEPT4, which constitutes a new functional role for this guardian of the genome.

Complex molecular mechanisms cooperate to mediate histone deacetylase inhibitors anti-tumour activity in neuroblastoma cells

BACKGROUND: Histone deacetylase inhibitors (HDACi) are a new class of promising anti-tumour agent inhibiting cell proliferation and survival in tumour cells with very low toxicity toward normal cells. Neuroblastoma (NB) is the second most common solid tumour in children still associated with poor outcome in higher stages and, thus NB strongly requires novel treatment modalities. RESULTS: We show here that the HDACi Sodium Butyrate (NaB), suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) and Trichostatin A (TSA) strongly reduce NB cells viability. The anti-tumour activity of these HDACi involved the induction of cell cycle arrest in the G2/M phase, followed by the activation of the intrinsic apoptotic pathway, via the activation of the caspases cascade. Moreover, HDACi mediated the activation of the pro-apoptotic proteins Bid and BimEL and the inactivation of the anti-apoptotic proteins XIAP, Bcl-xL, RIP and survivin, that further enhanced the apoptotic signal. Interestingly, the activity of these apoptosis regulators was modulated by several different mechanisms, either by caspases dependent proteolytic cleavage or by degradation via the proteasome pathway. In addition, HDACi strongly impaired the hypoxia-induced secretion of VEGF by NB cells. CONCLUSION: HDACi are therefore interesting new anti-tumour agents for targeting highly malignant tumours such as NB, as these agents display a strong toxicity toward aggressive NB cells and they may possibly reduce angiogenesis by decreasing VEGF production by NB cells.

Genome-wide chromatin occupancy reveals a role for ASH2 in transcriptional pausing

While it is widely acknowledged that the ubiquitin-proteasome system plays an important role in transcription, little is known concerning the mechanistic basis, in particular the spatial organization of proteasome-dependent proteolysis at the transcription site. Here, we show that proteasomal activity and tetraubiquitinated proteins concentrate to nucleoplasmic microenvironments in the euchromatin. Such proteolytic domains are immobile and distinctly positioned in relation to transcriptional processes. Analysis of gene arrays and early genes in Caenorhabditis elegans embryos reveals that proteasomes and proteasomal activity are distantly located relative to transcriptionally active genes. In contrast, transcriptional inhibition generally induces local overlap of proteolytic microdomains with components of the transcription machinery and degradation of RNA polymerase II. The results establish that spatial organization of proteasomal activity differs with respect to distinct phases of the transcription cycle in at least some genes, and thus might contribute to the plasticity of gene expression in response to environmental stimuli.

Hsp90 inhibition induces both protein-specific and global changes in the ubiquitinome.

Inhibition of the essential chaperone Hsp90 with drugs causes a global perturbation of protein folding and the depletion of direct substrates of Hsp90, also called clients. Ubiquitination and proteasomal degradation play a key role in cellular stress responses, but the impact of Hsp90 inhibition on the ubiquitinome has not been characterized on a global scale. We used stable isotope labeling and antibody-based peptide enrichment to quantify more than 1500 protein sites modified with a Gly-Gly motif, the remnant of ubiquitination, in human T-cells treated with an Hsp90 inhibitor. We observed rapid changes in GlyGly-modification sites, with strong increases for some Hsp90 clients but also decreases for a majority of cellular proteins. A comparison with changes in total protein levels and protein synthesis and decay rates from a previous study revealed a complex picture with different regulatory patterns observed for different protein families. Overall the data support the notion that for Hsp90 clients GlyGly-modification correlates with targeting by the ubiquitin-proteasome system and decay, while for other proteins levels of GlyGly-modification appear to be mainly influenced by their synthesis rates. Therefore a correct interpretation of changes in ubiquitination requires knowledge of multiple parameters. Data are available via ProteomeXchange with identifier PXD001549. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: Proteostasis, i.e. the capacity of the cell to maintain proper synthesis and maturation of proteins, is a fundamental biological process and its perturbations have far-reaching medical implications e.g. in cancer or neurodegenerative diseases. Hsp90 is an essential chaperone responsible for the correct maturation and stability of a number of key proteins. Inhibition of Hsp90 triggers a global stress response caused by accumulation of misfolded chains, which have to be either refolded or eliminated by protein degradation pathways such as the Ubiquitin-Proteasome System (UPS). We present the first global assessment of the changes in the ubiquitinome, the subset of ubiquitin-modified proteins, following Hsp90 inhibition in human T-cells. The results provide clues on how cells respond to a specific proteostasis challenge. Furthermore, our data also suggest that basal ubiquitination levels for most proteins are influenced by synthesis rates. This has broad significance as it implies that a proper interpretation of data on ubiquitination levels necessitates simultaneous knowledge of other parameters.

La protéine majeure de la capside de l’HSV-1 est ubiquitinée

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu.

Interactions protéiques et relation dynamique entre phosphorylation / sumoylation / ubiquitination des protéines TIF1α, β et PML: détection in vivo par BRET

Trois protéines de la famille TRIM (Motif TRIpartite), TIF1α, β (Transcriptional Intermediary Factor 1) et PML (ProMyelocytic Leukaemia¬), font l’objet de cette étude. TIF1α est connu comme un coactivateur des récepteurs nucléaires et TIF1β comme le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc dont le prototype étudié ici est ZNF74. PML possède divers rôles dont le plus caractérisé est celui d’être l’organisateur principal et essentiel des PML-NBs (PML-Nuclear Bodies), des macrostructures nucléaires très dynamiques regroupant et coordonnant plus de 40 protéines. Il est à noter que la fonction de TIF1α, β et PML est régulée par une modification post-traductionnelle, la sumoylation, qui implique le couplage covalent de la petite protéine SUMO (Small Ubiquitin like MOdifier) à des lysines de ces trois protéines cibles. Cette thèse propose de développer des méthodes utilisant le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) afin de détecter dans des cellules vivantes et en temps réel des interactions non-covalentes de protéines nucléaires mais aussi leur couplage covalent à SUMO. En effet, le BRET n’a jamais été exploré jusqu’alors pour étudier les interactions non-covalentes et covalentes de protéines nucléaires. L’étude de l’interaction de protéines transcriptionnellement actives est parfois difficile par des méthodes classiques du fait de leur grande propension à agréger (famille TRIM) ou de leur association à la matrice nucléaire (ZNF74). L’homo et l’hétérodimérisation de TIF1α, β ainsi que leur interaction avec ZNF74 sont ici testées sur des protéines entières dans des cellules vivantes de mammifères répondant aux résultats conflictuels de la littérature et démontrant que le BRET peut être avantageusement utilisé comme alternative aux essais plus classiques basés sur la transcription. Du fait de l’hétérodimérisation confirmée de TIF1α et β, le premier article présenté ouvre la possibilité d’une relation étroite entre les récepteurs nucléaires et les protéines KRAB- multidoigt de zinc. Des études précédentes ont démontré que la sumoylation de PML est impliquée dans sa dégradation induite par l’As2O3 et dépendante de RNF4, une E3 ubiquitine ligase ayant pour substrat des chaînes de SUMO (polySUMO). Dans le second article, grâce au développement d’une nouvelle application du BRET pour la détection d’interactions covalentes et non-covalentes avec SUMO (BRETSUMO), nous établissons un nouveau lien entre la sumoylation de PML et sa dégradation. Nous confirmons que le recrutement de RNF4 dépend de SUMO mais démontrons également l’implication du SBD (Sumo Binding Domain) de PML dans sa dégradation induite par l’As2O3 et/ou RNF4. De plus, nous démontrons que des sérines, au sein du SBD de PML, qui sont connues comme des cibles de phosphorylation par la voie de la kinase CK2, régulent les interactions non-covalentes de ce SBD mettant en évidence, pour la première fois, que les interactions avec un SBD peuvent dépendre d’un évènement de phosphorylation (“SBD phospho-switch”). Nos résultats nous amènent à proposer l’hypothèse que le recrutement de PML sumoylé au niveau des PML-NBs via son SBD, favorise le recrutement d’une autre activité E3 ubiquitine ligase, outre celle de RNF4, PML étant lui-même un potentiel candidat. Ceci suggère l’existence d’une nouvelle relation dynamique entre phosphorylation, sumoylation et ubiquitination de PML. Finalement, il est suggéré que PML est dégradé par deux voies différentes dépendantes de l’ubiquitine et du protéasome; la voie de CK2 et la voie de RNF4. Enfin une étude sur la sumoylation de TIF1β est également présentée en annexe. Cette étude caractérise les 6 lysines cibles de SUMO sur TIF1β et démontre que la sumoylation est nécessaire à l’activité répressive de TIF1β mais n’est pas impliquée dans son homodimérisation ou son interaction avec la boîte KRAB. La sumoylation est cependant nécessaire au recrutement d’histones déacétylases, dépendante de son homodimérisation et de l’intégrité du domaine PHD. Alors que l’on ne connaît pas de régulateur physiologique de la sumoylation outre les enzymes directement impliquées dans la machinerie de sumoylation, nous mettons en évidence que la sumoylation de TIF1β est positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB et suggérons que ces facteurs transcriptionnels recrutent TIF1β à l’ADN au niveau de promoteur et augmentent son activité répressive en favorisant sa sumoylation.

Implication de la voie ERK3/4-MK5 dans la phase G2/M du cycle cellulaire

La division cellulaire est influencée par les différents stimuli provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de la cellule. Plusieurs réseaux enzymatiques élaborés au cours de l’évolution relayent l’information générée par ces signaux. Les modules MAP kinases sont extrêmement importants au sein de la cellule. Chez l’humain, 14 MAP kinases sont regroupées en sept voies distinctes intervenant dans le contrôle d’une myriade de processus cellulaires. ERK3/4 sont des homologues de ERK1/2 pour lesquelles on ne connaît que très peu de choses concernant leurs fonctions et régulation. Ces MAP kinases sont dites atypiques puisqu’elles ont des particularités structurales et des modes de régulation qui diffèrent des autres MAP kinases classiques. Ainsi, notre laboratoire a démontré que l’activité de ERK3 est régulée par le système ubiquitine-protéasome et qu’elle pourrait avoir un rôle à jouer dans le contrôle de la différenciation et la prolifération cellulaire. La première étude présentée décrit la régulation de ERK3 au cours du cycle cellulaire. Nous avons observé que ERK3 est hyperphosphorylée et s’accumule spécifiquement au cours de la mitose. Des analyses de spectrométrie de masse ont mené à l’identification de quatre sites de phosphorylation situés à l’extrémité du domaine C-terminal. Nous avons pu démontrer que la kinase mitotique CDK1/cycline B phosphoryle ces sites et que les phosphatases CDC14A et CDC14B les déphosphorylent. Finalement, nous démontrons que la phosphorylation mitotique de ERK3 a pour effet de la stabiliser. Au début de mes études doctorales, la kinase MK5 fut identifiée comme premier partenaire et substrat de ERK3. MK5 a très peu de fonctions connues. Des données dans la littérature suggèrent qu’elle peut moduler le cycle cellulaire dans certaines conditions. Par exemple, MK5 a récemment été identifié comme inducteur de la sénescence induite par l’oncogène Ras. Dans la deuxième étude, nous décrivons une nouvelle fonction de MK5 dans le contrôle du cycle cellulaire. Nous démontrons par des expériences de gain et perte de fonction que MK5 ralentit l’entrée en mitose suite à un arrêt de la réplication. Cette fonction est dépendante de l’activité enzymatique de MK5 qui régule indirectement l’activité de CDK1/cycline B. Finalement, nous avons identifié Cdc25A comme un nouveau substrat in vitro de MK5 dont la surexpression supprime l’effet de MK5 sur l’entrée en mitose. En conclusion, nos résultats décrivent un nouveau mécanisme de régulation de ERK3 au cours de la mitose, ainsi qu’une nouvelle fonction pour MK5 dans le contrôle de l’entrée en mitose en réponse à des stress de la réplication. Ces résultats démontrent pour la première fois l’implication de ces protéines au cours de la transition G2/M. Nos travaux établissent de nouvelles pistes d’études pour mieux comprendre les rôles encore peu définis des kinases ERK3/4-MK5.

L’immunoprotéasome : producteur de peptides-CMH I et régulateur de l’expression génique

Le système ubiquitine-protéasome est le principal mécanisme par lequel les protéines intracellulaires sont dégradées. Le protéasome dit constitutif (PC) est donc essentiel à l’homéostasie mais aussi à la régulation de la majorité des processus cellulaires importants. La découverte d’un deuxième type de protéasome, appelé immunoprotéasome (IP), soulève toutefois de nouvelles questions. Pourquoi existe-t-il plus d’un type de protéasome ? L’IP a-t-il des rôles redondants ou complémentaires avec le PC ? L’IP étant présent principalement dans les cellules immunitaires ou stimulées par des cytokines, plusieurs groupes ont tenté de définir son rôle dans la réponse immunitaire. Or, l’implication de son homologue constitutif dans un éventail de processus non spécifiquement immunitaires nous laisse croire que l’IP pourrait lui aussi avoir un impact beaucoup plus large. L’objectif de cette thèse était donc de caractériser certains rôles cellulaires de l’IP dans les cellules dendritiques. Nous avons d’abord étudié l’impact global de l’IP sur la présentation antigénique de classe I. Ce faisant, nous avons pu déterminer ses deux contributions principales, soit l’augmentation drastique du nombre et de la diversité des peptides présentés sur les complexes majeurs d’histocompatibilité de classe I. Les différences de clivage entre le PC et l’IP pourraient expliquer en partie cette diversité du répertoire peptidique, notamment par l’affinité apparente de l’IP pour les régions protéiques non structurées. Dans un deuxième temps, nous avons dévoilé un nouveau rôle de l’IP sur un processus dépassant le cadre immunitaire : la transcription. Nous avons découvert que l’IP modifie l’abondance des ARNm en agissant principalement au niveau de leur synthèse. L’impact de l’IP sur le transcriptome est majeur et serait dû en partie à une dégradation différente de facteurs de transcription des familles IRF, STAT et NF-kB. Les cellules dendritiques IP-déficientes activent moins efficacement les lymphocytes T CD8+ et nous croyons que cette défaillance est causée (du moins en partie) par la perturbation transcriptomique provoquée par l’absence d’IP. Il importe donc de comprendre les différents rôles moléculaires de l’IP afin de mieux définir sa contribution globale au fonctionnement de la cellule et comprendre l’avantage évolutif, au niveau de l’organisme, procuré par une telle plasticité du système ubiquitine-protéasome.

Neurofilament heavy subunit in cerebrospinal fluid: A biomarker of amyotrophic lateral sclerosis?

The objectives of this study were to investigate the presence of the three neurofilament subunits, ubiquitin, proteasome and 3-nitrotyrosine, in CSF samples of ALS patients. CSF samples were obtained by lumbar puncture from 10 ALS patients and six controls. All samples were analysed by Western blotting. Results revealed that neurofilament heavy subunit was identified in 70% of ALS cases and we conclude that this subunit may be a promising biomarker for clinical diagnosis of ALS.

Intracellular peptides as natural regulators of cell signaling

Protein degradation by the ubiquitin proteasome system releases large amounts of oligopeptides within cells. To investigate possible functions for these intracellularly generated oligopeptides, we fused them to a cationic transactivator peptide sequence using reversible disulfide bonds, introduced them into cells, and analyzed their effect on G protein-coupled receptor (GPCR) signal transduction. A mixture containing four of these peptides (20-80 mu M) significantly inhibited the increase in the extracellular acidification response triggered by angiotensin II (ang II) in CHO-S cells transfected with the ang II type 1 receptor (AT1R-CHO-S). Subsequently, either alone or in a mixture, these peptides increased luciferase gene transcription in AT1R-CHO-S cells stimulated with ang II and in HEK293 cells treated with isoproterenol. These peptides without transactivator failed to affect GPCR cellular responses. All four functional peptides were shown in vitro to competitively inhibit the degradation of a synthetic substrate by thimet oligopeptidase. Overexpression of thimet oligopeptidase in both CHO-S and HEK293 cells was sufficient to reduce luciferase activation triggered by a specific GPCR agonist. Moreover, using individual peptides as baits in affinity columns, several proteins involved in GPCR signaling were identified, including alpha-adaptin A and dynamin 1. These results suggest that before their complete degradation, intracellular peptides similar to those generated by proteasomes can actively affect cell signaling, probably representing additional bioactive molecules within cells.