Mechanisms of HCF protein proteolytic maturation

Abstract : Post-translational modifications such as proteolytic processing, phosphorylation, and glycosylation, add extra layers of complexity to proteomes and allow a finely tuned regulation of the activity of many proteins. The evolutionarily conserved cell-cycle and transcriptional regulator HCP-] is regulated by proteolytic maturation via which a stable heterodirneric complex of two cleaved subunits is formed from a single precursor protein. The human HCF-1 precursor is cleaved at six nearly identical 26 amino acid sequence repeats, called HCF-1pro repeats, which represent uncommon protease recognition sites dedicated to human HCF-1 proteolysis. This proteolytic maturation process is conserved in vertebrate HCF-1 homologues and is essential for the functions of the human protein in cell-cycle regulation; the mechanisms that execute and control HCF-1 proteolysis, however, remain poorly understood. In this dissertation I investigate the mechanisms of proteolytic maturation of HCF-1 proteins in different species. I show that the Drosophila homolog of human HCF-1, called dHCP, is proteolytically cleaved via a different mechanism than human HCF-1. dHCP is processed by the same protease, called Taspase], which cleaves one of the key developmental regulators in flies, the Trithorax protein. Maturation of HCP proteins via Taspase] cleavage is probably not particular to dHCP as many invertebrate HCP proteins, particularly insects and flatworms, possess Taspase] recognition sites. In contrast, the vertebrate HCF-1 proteins lack Taspase] recognition sites and the HCF-1pro repeats are not Taspase1 substrates, suggesting that multiple mechanisms for HCF-1 proteolytic maturation have appeared during evolution. I also show that the proteolytic activity responsible for the cleavage of the HCP- 1pro repeats is very difficult to characterize, being resistant to most protease inhibitors and very sensitive to biochemical fractionation. Moreover, the HCF-1pro repeats represent complex protease recognition sites and I demonstrate that, in addition to be the HCF-1 cleavage sites, these repeated sequences, also recruit the OG1cNAc transferase OGT. The OGT protein and the OG1cNAc modification of HCF-1 are both important for HCF-1pro repeat proteolysis. Interestingly, a human recombinant OGT purified from insect cells is able to induce cleavage of a HCF-1pro-repeat precursor in vitro, indicating that OGT either (i) induces HCF-1 autoproteolysis,(ii) is the HCF-1pro- repeat proteolytic activity itself, or (iii) physically associates with a proteolytic activity that is conserved in insect cells. In any case, OGT plays an important role in HCF-1 proteolytic maturation and perhaps a broader role in HCF-1 biological function. Résumé : Les modifications post-traductionelles pomme le clivage protéolytique, la phosphorylation, et la glycosylation, augmentent significativement la complexité des protéomes et permettent une régulation fine de l'activité de beaucoup de protéines. La protéine HCF-1, qui est un régulateur du cycle cellulaire et de la transcription, est elle- même régulée par clivage protéolytique. La protéine HCF-1 est en effet coupée en deux sous-unités qui s'associent l'une a l'autre pour former la protéine mature. Le précurseur de la protéine HCF-1 humaine est clivé à six sites correspondant à six séquences répétées nommées les HCF-1pro repeats, chacune composée de 26 acide aminés. Les HCF-1pro- repeats ne ressemblent ai aucune séquence de clivage protéolytique connue et sont présentes seulement dans les protéines HCF-1 chez les vertébrés. Bien que la maturation protéolytique d'HCF-1 soit essentielle pour les activités de cette protéine pendant le cycle cellulaire, les mécanismes qui la contrôlent restent inconnus. Au cours de mon travail de thèse, j'ai analysé les mécanismes de clivage protéolytique des protéines HCF dans différentes espèces. J'ai montré que la protéine de Drosophile homologue d'HCF-1 humaine nommée dHCF est clivée par une protéase nommée Taspase1. Ainsi, dHCF est clivé par la même protéase que celle qui induit la maturation protéolytique d'un des principaux facteurs du développement chez la mouche, la protéine Trithorax. La maturation de dHCF via le clivage par la Taspase1 n'est pas spécifique à la mouche, mais est probablement étendu à plusieurs protéines HCF chez les invertébrés, surtout dans les familles des insectes et des plathehninthes, car ces protéines HCF présentent des sites de reconnaissance pour la Taspasel. Par contre, les protéines HCF-1 chez les vertébrés n'ont pas de sites de reconnaissance pour la Taspasel et cela suggère que différents mécanismes de maturation des protéines HCF- ls ont apparu au cours de l'évolution. J'ai montré aussi que les HCF-1pro-repeats sont clivés par une activité protéolytique très difficile a identifier, car elle est résistante à la plupart des inhibiteurs de protéases, mais elle est très sensible au fractionnement biochimique. En plus, les HCF-1pro-repeats sont un site de protéolyse complexe qui ne sert pas seulement au clivage des protéines HCF- chez les vertébrés mais aussi à recruter l'enzyme responsable de la O- GlcNAcylation nommée OGT. La protéine OGT et la O-GlcNAcylatio d'HCF-1 sont toutes les deux importantes pour le clivage protéolytique des HCF1pro-repeats. Curieusement, la protéine OGT humaine produite dans des cellules d'insectes est capable de cliver les HCF-1pro repeats in vitro et cela suggère que OGT soit (i) induit le clivage autocatalytique cl'HCF-1, soit (ii) est elle-même l'activité protéolytique qui clive HCF4, soit (iii) est associée à une activité protéolytique conservée dans les cellules d'insectes qui a été co-purifiée avec OGT. En conclusion, OGT joue un rôle important dans la maturation protéolytique d'HCF-1 et peut-être aussi un rôle plus large dans les fonctions biologiques de la protéine HCF-1.

ATP citrate lyase activity is post-translationally regulated by sink strength and impacts the wax, cutin and rubber biosynthetic pathways.

Cytosolic acetyl-CoA is involved in the synthesis of a variety of compounds, including waxes, sterols and rubber, and is generated by the ATP citrate lyase (ACL). Plants over-expressing ACL were generated in an effort to understand the contribution of ACL activity to the carbon flux of acetyl-CoA to metabolic pathways occurring in the cytosol. Transgenic Arabidopsis plants synthesizing the polyester polyhydroxybutyrate (PHB) from cytosolic acetyl-CoA have reduced growth and wax content, consistent with a reduction in the availability of cytosolic acetyl-CoA to endogenous pathways. Increasing the ACL activity via the over-expression of the ACLA and ACLB subunits reversed the phenotypes associated with PHB synthesis while maintaining polymer synthesis. PHB production by itself was associated with an increase in ACL activity that occurred in the absence of changes in steady-state mRNA or protein level, indicating a post-translational regulation of ACL activity in response to sink strength. Over-expression of ACL in Arabidopsis was associated with a 30% increase in wax on stems, while over-expression of a chimeric homomeric ACL in the laticifer of roots of dandelion led to a four- and two-fold increase in rubber and triterpene content, respectively. Synthesis of PHB and over-expression of ACL also changed the amount of the cutin monomer octadecadien-1,18-dioic acid, revealing an unsuspected link between cytosolic acetyl-CoA and cutin biosynthesis. Together, these results reveal the complexity of ACL regulation and its central role in influencing the carbon flux to metabolic pathways using cytosolic acetyl-CoA, including wax and polyisoprenoids.

Cellular responses to stress and kinase signaling activation : apoptosis and differentiation

Stressignaler avkänns många gånger av membranbundna proteiner som översätter signalerna till kemisk modifiering av molekyler, ofta proteinkinaser Dessa kinaser överför de avkodade budskapen till specifika transkriptionsfaktorer genom en kaskad av sekventiella fosforyleringshändelser, transkriptionsfaktorerna aktiverar i sin tur de gener som behövs för att reagera på stressen. En av de mest kända måltavlorna för stressignaler är transkriptionsfaktor AP-1 familjemedlemen c-Jun. I denna studie har jag identifierat den nukleolära proteinet AATF som en ny regulator av c-Jun-medierad transkriptionsaktivitet. Jag visar att stresstimuli inducerar omlokalisering av AATF vilket i sin tur leder till aktivering av c-Jun. Den AATF-medierad ökningen av c-Jun-aktiviteten leder till en betydande ökning av programmerad celldöd. Parallellt har jag vidarekarakteriserat Cdk5/p35 signaleringskomplexet som tidigare har identifierats i vårt laboratorium som en viktig faktor för myoblastdifferentiering. Jag identifierade den atypiska PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5/p35-komplexet och visar att klyvning och aktivering av Cdk5 regulatorn p35 är av fysiologisk betydelse för differentieringsprocessen och beroende av PKCξ aktivitet. Jag visar att vid induktion av differentiering fosforylerar PKCξ p35 vilket leder till calpain-medierad klyvning av p35 och därmed ökning av Cdk5-aktiviteten. Denna avhandling ökar förståelsen för de regulatoriska mekanismer som styr c-Jun-transkriptionsaktiviteten och c-Jun beroende apoptos genom att identifiera AATF som en viktig faktor. Dessutom ger detta arbete nya insikter om funktionen av Cdk5/p35-komplexet under myoblastdifferentiering och identifierar PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5 aktivitet och myoblast differentiering.

Étude ultrastructurale et développementale du récepteur EphA4 dans l’hippocampe du rat

Afin de mieux comprendre l’évolution des fonctions du récepteur EphA4 pendant le développement du système nerveux central (SNC), nous avons étudié sa localisation cellulaire et subcellulaire dans l’hippocampe du rat, d’abord chez l’adulte, puis pendant le développement postnatal, ainsi que ses rôles potentiels dans la genèse, la migration ou la maturation des cellules granulaires dans l’hippocampe adulte. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode d’immunocytochimie en microscopie photonique, électronique et confocale. En microscopie photonique, une forte immunoréactivité (peroxydase/DAB) pour EphA4 est observée aux jours 1 et 7 suivant la naissance (P1 et P7) dans les couches de corps cellulaires, avec un marquage notamment associé à la surface des corps cellulaires des cellules granulaires et pyramidales, ainsi que dans les couches de neuropile du gyrus dentelé et des secteurs CA3 et CA1. L’intensité du marquage diminue progressivement dans les couches de corps cellulaires, entre P7 et P14, pour devenir faible à P21 et chez l’adulte, tandis qu’elle persiste dans les couches de neuropile, sauf celles qui reçoivent des afférences du cortex entorhinal. En microscopie électronique, après marquage à la peroxydase/DAB, EphA4 décore toute la surface des cellules pyramidales et granulaires, du corps cellulaire jusqu’aux extrémités distales, entre P1 et P14, pour devenir confiné aux extrémités synaptiques, c’est-à-dire les terminaisons axonales et les épines dendritiques, à P21 et chez l’adulte. À la membrane plasmique des astrocytes, EphA4 est redistribué comme dans les neurones, marquant le corps cellulaire et ses prolongements proximaux à distaux, à P1 et P7, pour devenir restreint aux prolongements périsynaptiques distaux, à partir de P14. D’autre part, des axones en cours de myélinisation présentent souvent une forte immunoréactivité punctiforme à leur membrane plasmique, à P14 et P21. En outre, dans les neurones et les astrocytes, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les vésicules de transport, organelles impliquées dans la synthèse, la modification posttraductionnelle et le transport des protéines glycosylées, sont aussi marqués, et plus intensément chez les jeunes animaux. Enfin, EphA4 est aussi localisé dans le corps cellulaire et les dendrites des cellules granulaires générées chez l’adulte, au stade de maturation où elles expriment la doublecortine (DCX). De plus, des souris adultes knockouts pour EphA4 présentent des cellules granulaires DCX-positives ectopiques, c’est-à-dire positionnées en dehors de la zone sous-granulaire, ce qui suggère un rôle d’EphA4 dans la régulation de leur migration. Ces travaux révèlent ainsi une redistribution d’EphA4 dans les cellules neuronales et gliales en maturation, suivant les sites cellulaires où un remodelage morphologique s’effectue : les corps cellulaires lorsqu’ils s’organisent en couches, les prolongements dendritiques et axonaux pendant leur croissance, guidage et maturation, puis les épines dendritiques, les terminaisons axonales et les prolongements astrocytaires distaux associés aux synapses excitatrices, jusque chez l’adulte, où la formation de nouvelles synapses et le renforcement des connexions synaptiques existantes sont exercés. Ces localisations pourraient ainsi correspondre à différents rôles d’EphA4, par lesquels il contribuerait à la régulation des capacités plastiques du SNC, selon le stade développemental, la région, l’état de santé, ou l’expérience comportementale de l’animal.

Dissecting cell cycle protein complexes using the pptimized yeast cytosine deaminase protein-fragment complementation assay “You too can play with an edge”

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

Etudes structurales et fonctionnelles des interactions de SUMO avec des proteines d'echafaudage modeles: TIF1beta, PIAS1 et PML

L’adaptation des cellules à leur environnement externe repose sur la transduction adéquate de signaux régulés par une pléthore d'événements moléculaires. Parmi ces événements moléculaires, les modifications post-traductionnelles (MPT) de protéines aident à intégrer, à traduire et à organiser de façon spatiotemporelle ces signaux pour que les cellules puissent réagir aux stimuli externes. Parmi les modifications post-traductionnelles, les petites protéines de la famille de l’Ubiquitine (Ublps, Ubiquitin-like proteins) jouent un rôle majeur dans presque toutes les voies de signalisation. Cette thèse rapporte des études fonctionnelles et structurales des interactions covalentes et non covalentes entre SUMO (Small Ubiquitin related MOdifier), un membre de la famille des Ublps, et trois protéines d'échafaudage, TIF1beta, le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc, PIAS1, une ligase E3 pour SUMO et PML, un suppresseur de tumeur. La première étude rapporte l'identification et la caractérisation biochimique des sites de SUMOylation de TIF1beta. Nous avons déterminé que la modification covalente de six résidus lysine par SUMO est essentielle à l’activité de répression de la transcription induit par TIF1beta. En outre, nous présentons des évidences indiquant que la SUMOylation de TIF1 exige non seulement sa capacité à homo-oligomériser, mais est aussi positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB des protéines à doigts de zinc. Partant de ce constat, nous postulons que les protéines KRAB-multidoigt de zinc recrutent leur corépresseur TIF1betaà des gènes cibles, mais aussi accentuent son activité répressive grâce à l'augmentation de sa SUMOylation. Notre seconde étude révèle qu’en plus de réprimer la transcription en tant que MPT covalente, SUMO joue aussi un rôle important dans la répression en tant que partenaire non covalent d’interactions protéine-protéine. Nous avons montré que SUMO interagit simultanément avec deux enzymes de la machinerie de SUMOylation, l’unique enzyme de conjugaison E2, UBC9, et la ligase E3 PIAS1 au sein d’un complexe ternaire répresseur. En outre, nous révélons que la formation du complexe ternaire PIAS1:SUMO:UBC9 est modulée par le niveau de phosphorylation de résidus sérine juxtaposés à un motif d’interaction avec SUMO (SIM) dans PIAS1. Ainsi, SUMO agit comme un adaptateur spécifique qui stabilise les interactions UBC9 E2: E3 PIAS1. Partant de ce constat, nous proposons que les enzymes E2 et E3 des autres systèmes Ublps exploitent des mécanismes similaires dans le cadre de leur fonction Enfin, notre troisième étude explore la régulation des interactions non covalentes de SUMO par la phosphorylation. En utilisant une combinaison d'études in vivo et in vitro, nous démontrons que l'interaction entre SUMO1 et PML est régi par la phosphorylation dépendant de CK2 sur quatre résidus sérine de PML. Les structures cristallographiques des complexes PML-SIM:SUMO1 révèlent que les phospho-sérines de PML contactent des résidus de la région basique de SUMO1. Sachant que la kinase CK2 peut être induite par des kinases activables par le stress, ces résultats suggèrent que les interactions non-covalentes avec SUMO sont modulées par le stress cellulaire. Sur la base de cette constatation, nous postulons que des événements analogues affectent des protéines contenant des séquences SIM ciblées par CK2. En résumé, cette étude révèle qu’en plus de son rôle de MPT, SUMO peut fonctionner comme un adaptateur permettant des interactions spécifiques entre protéines tel que pour les enzymes E3 et E2.

Régulation du facteur de transcription FOXK1 par O-GlcNAcylation : implications dans la différenciation adipocytaire

Les modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, l’OGlcNAcylation et l’ubiquitination jouent des rôles critiques dans la coordination des fonctions protéiques et par conséquent influencent grandement de nombreux processus cellulaires. Il est à noter que ces modifications sont hautement dynamiques et finement regulées. Par exemple, l’ubiquitination peut être réversible via l’action des déubiquitinases comme le suppresseur de tumeurs BAP1. Parmis les gènes codant pour les déubiquitinases, BAP1 est la plus souvent mutée dans le cancer. Des études récentes ont démontré l’importance des dynamiques de modifications post-traductionnelles dans la régulation du complexe BAP1. En plus, BAP1 forme un complexe multi-protéiques contenant plusieurs régulateurs transcriptionnels comme la protéine polycomb OGT et les facteurs de transcription FOXK1 et FOXK2. OGT est une enzyme unique qui catalyze l’ajout d’un groupement O-GlcNAc sur ses substrats afin d’en moduler l’activité enzymatique, les interactions protéines-protéines et leur localisation cellulaire. Cette modification est aussi liée au métabolisme puisque son substrat donneur, l’UDP-GlcNAc, est dérivé de la voie biosynthétique des hexosamines. Parallèlement, FOXK1/2 ont aussi été démontrés comme étant critiques à des processus métaboliques telles que la myogenèse et l’autophagie. Lors de nos études, nous avons identifié FOXK1 comme un nouveau substrat d’OGT. De plus, les niveaux d’O-GlcNAcylation de FOXK1 fluctuent lors de l’entrée/sortie du cycle cellulaire. En outre, nous avons identifié l’importance de FOXK1 dans l’adipogenèse et observé que l’interaction FOXK1/BAP1 est affectée par le métabolisme cellulaire. En résumé, nos études ont révélé l’importance d’OGT dans la régulation de certaines composantes du complexe BAP1, ce qui aidera à la compréhension de l’effet suppresseur de tumeur de BAP1 ainsi que son mécanisme d'action dans différents processus tel que le remodelage de la chromatine.

La modulation du métabolisme cellulaire par l'E3 Ubiquitine Ligase MARCH-1

La relocalisation et la dégradation médiée par ubiquitination sont utilisées par la cellule pour contrôler la localisation et l’expression de ses protéines. L’E3 ubiquitine ligase MARCH1 est impliqué dans la régulation post-traductionnelle de CMH-II et de CD86. Dans ce mémoire, on propose un rôle additionnel à MARCH1. Nos résultats expérimentaux nous portent à croire que MARCH1 pourrait moduler le métabolisme cellulaire en favorisant la relocalisation et la dégradation d’enzymes impliquées dans la glycolyse. La grande majorité des cellules utilise la phosphorylation oxydative pour générer de l’ATP en présence d’oxygène. Dans un environnement hypoxique, cette dernière est non fonctionnelle et la cellule doit utiliser la glycolyse anaérobique pour produire son ATP. Une cellule cancéreuse à des besoins énergétiques supérieurs en raison de l’augmentation de sa biomasse et de sa prolifération incontrôlée. Pour subvenir à ces besoins, elle maximise sa production d’énergie en modifiant son métabolisme; c’est l’effet Warburg. On retrouve dans les cellules immunitaires des modifications similaires au métabolisme cellulaire suite à un signal d’activation. Ici, nous montrons que la respiration mitochondriale maximale, la réserve respiratoire et la glycolyse maximale sont diminuées dans les cellules présentatrice d’antigènes qui expriment MARCH1. Nous avons montré que MARCH1 était localisable au niveau de la mitochondrie, ce qui lui permet d’interagir avec les enzymes de la glycolyse. Finalement, nous avons quantifié l’expression de Eno1 et de LDHB par Western Blot, pour montrer une augmentation de l’expression de ces enzymes en absence de MARCH1. À la lumière de ces résultats, nous discutons des avantages que procure la diminution de l’expression de MARCH1 dans un contexte inflammatoire, suite à l’activation des cellules présentatrices d’antigènes. Ce phénomène permettrait une présentation antigénique plus efficace, une augmentation de la production d’énergie et une meilleure résistance aux ROS produits lors de la réponse inflammatoire.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

O-GlcNAcylation contributes to the vascular effects of ET-1 via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway

Aims Glycosylation with beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAcylation) is one of the most complex post-translational modifications. The cycling of O-GlcNAc is controlled by two enzymes: UDP-NAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA). We recently reported that endothelin-1 (ET-1) augments vascular levels of O-GlcNAcylated proteins. Here we tested the hypothesis that O-GlcNAcylation contributes to the vascular effects of ET-1 via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway. Methods and results Incubation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) with ET-1 (0.1 mu M) produces a time-dependent increase in O-GlcNAc levels. ET-1-induced O-GlcNAcylation is not observed when VSMCs are previously transfected with OGT siRNA, treated with ST045849 (OGT inhibitor) or atrasentan (ET(A) antagonist). ET-1 as well as PugNAc (OGA inhibitor) augmented contractions to phenylephrine in endothelium-denuded rat aortas, an effect that was abolished by the Rho kinase inhibitor Y-27632. Incubation of VSMCs with ET-1 increased expression of the phosphorylated forms of myosin phosphatase target subunit 1 (MYPT-1), protein kinase C-potentiated protein phosphatase 1 inhibitor protein (protein kinase C-potentiated phosphatase inhibitor-17), and myosin light chain (MLC) and RhoA expression and activity, and this effect was abolished by both OGT siRNA transfection or OGT inhibition and atrasentan. ET-1 also augmented expression of PDZ-Rho GEF (guanine nucleotide exchange factor) and p115-Rho GEF in VSMCs and this was prevented by OGT siRNA, ST045849, and atrasentan. Conclusion We suggest that ET-1 augments O-GlcNAcylation and this modification contributes to increased vascular contractile responses via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway.

Mapping eIF5A binding sites for Dys1 and Lia1: In vivo evidence for regulation of eIF5A hypusination

The evolutionarily conserved factor eIF5A is the only protein known to undergo hypusination, a unique posttranslational modification triggered by deoxyhypusine synthase (Dys1). Although eIF5A is essential for cell viability, the function of this putative translation initiation factor is still obscure. To identify eIF5A-binding proteins that could clarify its function, we screened a two-hybrid library and identified two eIF-5A partners in S. cerevisiae: Dys1 and the protein encoded by the gene YJR070C, named Lia1 (Ligand of eIF5A). The interactions were confirmed by GST pulldown. Mapping binding sites for these proteins revealed that both eIF5A domains can bind to Dys1, whereas the C-terminal domain is sufficient to bind Lia1. We demonstrate for the first time in vivo that the N-terminal α-helix of Dys1 can modulate enzyme activity by inhibiting eIF5A interaction. We suggest that this inhibition be abrogated in the cell when hypusinated and functional eIF5A is required. © 2003 Published by Elsevier B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Estudo do Fator de Início de Tradução de Eucariotos 5A (eIF5A) na tradução específica e na ligação direta com ribossomo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Neo-sex chromosomes of Ronderosia bergi: insight into the evolution of sex chromosomes in grasshoppers

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Studio molecolare dei meccanismi dell'autoincompatibilità gametofitica in pero europeo (Pyrus communis)

Self-incompatibility (SI) systems have evolved in many flowering plants to prevent self-fertilization and thus promote outbreeding. Pear and apple, as many of the species belonging to the Rosaceae, exhibit RNase-mediated gametophytic self-incompatibility, a widespread system carried also by the Solanaceae and Plantaginaceae. Pear orchards must for this reason contain at least two different cultivars that pollenize each other; to guarantee an efficient cross-pollination, they should have overlapping flowering periods and must be genetically compatible. This compatibility is determined by the S-locus, containing at least two genes encoding for a female (pistil) and a male (pollen) determinant. The female determinant in the Rosaceae, Solanaceae and Plantaginaceae system is a stylar glycoprotein with ribonuclease activity (S-RNase), that acts as a specific cytotoxin in incompatible pollen tubes degrading cellular RNAs. Since its identification, the S-RNase gene has been intensively studied and the sequences of a large number of alleles are available in online databases. On the contrary, the male determinant has been only recently identified as a pollen-expressed protein containing a F-box motif, called S-Locus F-box (abbreviated SLF or SFB). Since F-box proteins are best known for their participation to the SCF (Skp1 - Cullin - F-box) E3 ubiquitine ligase enzymatic complex, that is involved in protein degradation through the 26S proteasome pathway, the male determinant is supposed to act mediating the ubiquitination of the S-RNases, targeting them for the degradation in compatible pollen tubes. Attempts to clone SLF/SFB genes in the Pyrinae produced no results until very recently; in apple, the use of genomic libraries allowed the detection of two F-box genes linked to each S haplotype, called SFBB (S-locus F-Box Brothers). In Japanese pear, three SFBB genes linked to each haplotype were cloned from pollen cDNA. The SFBB genes exhibit S haplotype-specific sequence divergence and pollen-specific expression; their multiplicity is a feature whose interpretation is unclear: it has been hypothesized that all of them participate in the S-specific interaction with the RNase, but it is also possible that only one of them is involved in this function. Moreover, even if the S locus male and female determinants are the only responsible for the specificity of the pollen-pistil recognition, many other factors are supposed to play a role in GSI; these are not linked to the S locus and act in a S-haplotype independent manner. They can have a function in regulating the expression of S determinants (group 1 factors), modulating their activity (group 2) or acting downstream, in the accomplishment of the reaction of acceptance or rejection of the pollen tube (group 3). This study was aimed to the elucidation of the molecular mechanism of GSI in European pear (Pyrus communis) as well as in the other Pyrinae; it was divided in two parts, the first focusing on the characterization of male determinants, and the second on factors external to the S locus. The research of S locus F-box genes was primarily aimed to the identification of such genes in European pear, for which sequence data are still not available; moreover, it allowed also to investigate about the S locus structure in the Pyrinae. The analysis was carried out on a pool of varieties of the three species Pyrus communis (European pear), Pyrus pyrifolia (Japanese pear), and Malus × domestica (apple); varieties carrying S haplotypes whose RNases are highly similar were chosen, in order to check whether or not the same level of similarity is maintained also between the male determinants. A total of 82 sequences was obtained, 47 of which represent the first S-locus F-box genes sequenced from European pear. The sequence data strongly support the hypothesis that the S locus structure is conserved among the three species, and presumably among all the Pyrinae; at least five genes have homologs in the analysed S haplotypes, but the number of F-box genes surrounding the S-RNase could be even greater. The high level of sequence divergence and the similarity between alleles linked to highly conserved RNases, suggest a shared ancestral polymorphism also for the F-box genes. The F-box genes identified in European pear were mapped on a segregating population of 91 individuals from the cross 'Abbé Fétel' × 'Max Red Bartlett'. All the genes were placed on the linkage group 17, where the S locus has been placed both in pear and apple maps, and resulted strongly associated to the S-RNase gene. The linkage with the RNase was perfect for some of the F-box genes, while for others very rare single recombination events were identified. The second part of this study was focused on the research of other genes involved in the SI response in pear; it was aimed on one side to the identification of genes differentially expressed in compatible and incompatible crosses, and on the other to the cloning and characterization of the transglutaminase (TGase) gene, whose role may be crucial in pollen rejection. For the identification of differentially expressed genes, controlled pollinations were carried out in four combinations (self pollination, incompatible, half-compatible and fully compatible cross-pollination); expression profiles were compared through cDNA-AFLP. 28 fragments displaying an expression pattern related to compatibility or incompatibility were identified, cloned and sequenced; the sequence analysis allowed to assign a putative annotation to a part of them. The identified genes are involved in very different cellular processes or in defense mechanisms, suggesting a very complex change in gene expression following the pollen/pistil recognition. The pool of genes identified with this technique offers a good basis for further study toward a better understanding of how the SI response is carried out. Among the factors involved in SI response, moreover, an important role may be played by transglutaminase (TGase), an enzyme involved both in post-translational protein modification and in protein cross-linking. The TGase activity detected in pear styles was significantly higher when pollinated in incompatible combinations than in compatible ones, suggesting a role of this enzyme in the abnormal cytoskeletal reorganization observed during pollen rejection reaction. The aim of this part of the work was thus to identify and clone the pear TGase gene; the PCR amplification of fragments of this gene was achieved using primers realized on the alignment between the Arabidopsis TGase gene sequence and several apple EST fragments; the full-length coding sequence of the pear TGase gene was then cloned from cDNA, and provided a precious tool for further study of the in vitro and in vivo action of this enzyme.