Implication de la voie de dégradation ubiquitine-dépendante dans la pathologie des maladies de surchage lysosomale

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Régulation de la MAPK atypique ERK3 par le système ubiquitine-protéasome

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Caractérisation des interactions établies par la région riche en prolines de la ligase de l’ubiquitine Itch

Itch est un membre de la famille des ligases de l’ubiquitine de type CWH (C2-WW- HECT) impliqué dans le contrôle de la signalisation inflammatoire, des facteurs de transcription et le tri des récepteurs membranaires. La fonction d’Itch implique généralement sa capacité à induire la dégradation de ses substrats. Pour accomplir cette fonction, Itch doit d’abord interagir avec ses cibles. Itch possède quatre domaines WW lui permettant d’accomplir la majorité de ses fonctions. En plus de ces domaines, Itch possède une PRR (région riche en prolines) unique parmi les ligases CWH. Cette région est bien conservée chez les vertébrés, ce qui suggère son importance. Cette région permet à Itch d’interagir avec des protéines contenant un domaine SH3 (Src homology 3). Plusieurs partenaires SH3 furent identifiés, cependant l’on connait peu de choses concernant la fonction et l’établissement de ces complexes. Dans ce projet, nous avons analysé les propriétés de liaison d’un sous-groupe de protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose et la signalisation cellulaire. Nos travaux ont permis d’identifier de nouveaux partenaires et aussi de déterminer que différents domaines SH3 ciblent la même région riche en prolines, mais impliquent des résidus distincts. Ces résultats démontrent la variété des propriétés de liaison démontrées par la PRR d’Itch et sa préférence marquée pour l’Endophiline. Parmi les partenaires identifiés, Grb2 (Growth factor receptor-bound protein 2) est particulièrement intéressant en raison de son rôle crucial dans la signalisation cellulaire. Nous avons démontré ici qu’Itch ubiquityle Grb2, mais ne cause pas sa dégradation, contrairement à l’Endophiline. Nos travaux démontrent que la PRR d’Itch est versatile quant à ses interactions et leurs conséquences.

Étude fonctionnelle d’un nouveau complexe multi-enzymatique régulant l’épigénome

L’ubiquitination, une modification post-traductionnelle importante pour le contrôle de nombreux processus cellulaires, est une réaction réversible. La réaction inverse, nommée déubiquitination est catalysée par les déubiquitinases (DUB). Nous nous sommes intéressés dans nos travaux à étudier l’ubiquitination de l’histone H2A (H2Aub), au niveau des résidus lysines 118 et 119 (K118/K119), une marque épigénétique impliquée dans la régulation de la prolifération cellulaire et la réparation de l’ADN. Le régulateur transcriptionnel BAP1, une déubiquitinase nucléaire, a été initialement identifié pour sa capacité à promouvoir la fonction suppressive de tumeurs de BRCA1. BAP1 forme un complexe multi-protéique avec plusieurs facteurs transcriptionnels et sa fonction principale est la déubiquitination de H2Aub. Plusieurs études ont démontré que BAP1 est un gène suppresseur de tumeurs majeur et qu’il est largement muté et inactivé dans une multitude de cancers. En effet, BAP1 émerge comme étant la DUB la plus mutée au niveau des cancers. Cependant, le ou les mécanismes d’action et de régulation du complexe BAP1 restent très peu connus. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des partenaires protéiques de BAP1. De manière significative nous avons caractérisé un mécanisme unique de régulation entre deux composants majeurs du complexe BAP1 à savoir, HCF-1 et OGT. En effet, nous avons démontré que HCF-1 est requis pour maintenir le niveau protéique de OGT et que cette dernière est indispensable pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant son clivage par O-GlcNAcylation, une signalisation cellulaire nécessaire au bon fonctionnement de HCF-1. Également, nous avons découvert un nouveau mécanisme de régulation de BAP1 par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. En effet, UBE2O agit comme un régulateur négatif de BAP1 puisque l’ubiquitination de ce dernier induit sa séquestration dans le cytoplasme et l’inhibition de sa fonction suppressive de tumeurs. D’autre part nous nous sommes penchés sur la caractérisation de l’association de BAP1 avec deux facteurs de la famille des protéines Polycombes nommés ASXL1 et ASXL2 (ASXL1/2). Nous avons investigué le rôle de BAP1/ASXL1/2, particulièrement dans les mécanismes de déubiquitination et suppression de tumeurs. Nous avons démontré que BAP1 interagit directement iii via son domaine C-terminale avec le même domaine ASXM de ASXL1/2 formant ainsi deux complexes mutuellement exclusifs indispensables pour induire l’activité déubiquitinase de BAP1. De manière significative, ASXM s’associe avec BAP1 pour créer un nouveau domaine composite de liaison à l’ubiquitine. Ces interactions BAP1/ASXL1/2 régulent la progression harmonieuse du cycle cellulaire. De plus, la surexpression de BAP1 et de ASXL2 au niveau des fibroblastes induit la sénescence de manière dépendante de leurs interactions. D’autre part, nous avons identifié des mutations de cancers au niveau de BAP1 le rendant incapable de lier ASXL1/2, d’exercer sa fonction d’autodéubiquitination et de ce fait d’agir comme suppresseur de tumeurs. Ainsi nous avons révélé un lien étroit entre le gène suppresseur de tumeurs BAP1, son activité déubiquitinase et le contrôle de la prolifération cellulaire.

Associação entre o proteassoma e o inibidor de protease BTCI : caracterização fisico-química e efeitos moleculares em células de câncer de mama (MCF-7)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2010.

Membrane associated transporter protein gene (SLC45A2) and the genetic basis of normal human pigmentation variation

This work is concerned with the genetic basis of normal human pigmentation variation. Specifically, the role of polymorphisms within the solute carrier family 45 member 2 (SLC45A2 or membrane associated transporter protein; MATP) gene were investigated with respect to variation in hair, skin and eye colour ― both between and within populations. SLC45A2 is an important regulator of melanin production and mutations in the gene underly the most recently identified form of oculocutaneous albinism. There is evidence to suggest that non-synonymous polymorphisms in SLC45A2 are associated with normal pigmentation variation between populations. Therefore, the underlying hypothesis of this thesis is that polymorphisms in SLC45A2 will alter the function or regulation of the protein, thereby altering the important role it plays in melanogenesis and providing a mechanism for normal pigmentation variation. In order to investigate the role that SLC45A2 polymorphisms play in human pigmentation variation, a DNA database was established which collected pigmentation phenotypic information and blood samples of more than 700 individuals. This database was used as the foundation for two association studies outlined in this thesis, the first of which involved genotyping two previously-described non-synonymous polymorphisms, p.Glu272Lys and p.Phe374Leu, in four different population groups. For both polymorphisms, allele frequencies were significantly different between population groups and the 272Lys and 374Leu alleles were strongly associated with black hair, brown eyes and olive skin colour in Caucasians. This was the first report to show that SLC45A2 polymorphisms were associated with normal human intra-population pigmentation variation. The second association study involved genotyping several SLC45A2 promoter polymorphisms to determine if they also played a role in pigmentation variation. Firstly, the transcription start site (TSS), and hence putative proximal promoter region, was identified using 5' RNA ligase mediated rapid amplification of cDNA ends (RLM-RACE). Two alternate TSSs were identified and the putative promoter region was screened for novel polymorphisms using denaturing high performance liquid chromatography (dHPLC). A novel duplication (c.–1176_–1174dupAAT) was identified along with other previously described single nucleotide polymorphisms (c.–1721C>G and c.–1169G>A). Strong linkage disequilibrium ensured that all three polymorphisms were associated with skin colour such that the –1721G, +dup and –1169A alleles were associated with olive skin in Caucasians. No linkage disequilibrium was observed between the promoter and coding region polymorphisms, suggesting independent effects. The association analyses were complemented with functional data, showing that the –1721G, +dup and –1169A alleles significantly decreased SLC45A2 transcriptional activity. Based on in silico bioinformatic analysis that showed these alleles remove a microphthalmia-associated transcription factor (MITF) binding site, and that MITF is a known regulator of SLC45A2 (Baxter and Pavan, 2002; Du and Fisher, 2002), it was postulated that SLC45A2 promoter polymorphisms could contribute to the regulation of pigmentation by altering MITF binding affinity. Further characterisation of the SLC45A2 promoter was carried out using luciferase reporter assays to determine the transcriptional activity of different regions of the promoter. Five constructs were designed of increasing length and their promoter activity evaluated. Constitutive promoter activity was observed within the first ~200 bp and promoter activity increased as the construct size increased. The functional impact of the –1721G, +dup and –1169A alleles, which removed a MITF consensus binding site, were assessed using electrophoretic mobility shift assays (EMSA) and expression analysis of genotyped melanoblast and melanocyte cell lines. EMSA results confirmed that the promoter polymorphisms affected DNA-protein binding. Interestingly, however, the protein/s involved were not MITF, or at least MITF was not the protein directly binding to the DNA. In an effort to more thoroughly characterise the functional consequences of SLC45A2 promoter polymorphisms, the mRNA expression levels of SLC45A2 and MITF were determined in melanocyte/melanoblast cell lines. Based on SLC45A2’s role in processing and trafficking TYRP1 from the trans-Golgi network to stage 2 melanosmes, the mRNA expression of TYRP1 was also investigated. Expression results suggested a coordinated expression of pigmentation genes. This thesis has substantially contributed to the field of pigmentation by showing that SLC45A2 polymorphisms not only show allele frequency differences between population groups, but also contribute to normal pigmentation variation within a Caucasian population. In addition, promoter polymorphisms have been shown to have functional consequences for SLC45A2 transcription and the expression of other pigmentation genes. Combined, the data presented in this work supports the notion that SLC45A2 is an important contributor to normal pigmentation variation and should be the target of further research to elucidate its role in determining pigmentation phenotypes. Understanding SLC45A2’s function may lead to the development of therapeutic interventions for oculocutaneous albinism and other disorders of pigmentation. It may also help in our understanding of skin cancer susceptibility and evolutionary adaptation to different UV environments, and contribute to the forensic application of pigmentation phenotype prediction.

On analysing and interpreting variability in motor output

A recent article in the Journal of Science and Medicine in Sport by Chapman et al.1 reported data from an empirical investigation comparing lower extremity joint motions, joint coordination and muscle recruitment in expert and novice cyclists. 3D kinematic and intramuscular electromyographic (EMG) analyses revealed no differences between expert and novice cyclists for normalised joint angles and velocities of the pelvis, hip, knee and ankle. However, significant differences in the strength of sagittal plane kinematics for hip–ankle and knee–ankle joint couplings were reported, with expert cyclists displaying tighter coupling relationships than novice cyclists. Furthermore, significant differences between expert and novice cyclists for all muscle recruitment parameters, except timing of peak EMG amplitude, were also reported.

A randomised controlled trial of an enhanced interdisciplinary community based group program for people with Parkinson’s disease: study rationale and protocol

Parkinson’s disease (PD) is a progressive, chronic neurodegenerative disorder for which there is no known cure. Physical exercise programs may be used to assist with the physical management of PD. Several studies have demonstrated that community based physical therapy programs are effective in reducing physical aspects of disability among people with PD. While multidisciplinary therapy interventions may have the potential to reduce disability and improve the quality of life of people with PD, there is very limited clinical trial evidence to support or refute the use of a community based multidisciplinary or interdisciplinary programs for people with PD. A two group randomized trial is being undertaken within a community rehabilitation service in Brisbane, Australia. Community dwelling adults with a diagnosis of Idiopathic Parkinson’s disease are being recruited. Eligible participants are randomly allocated to a standard exercise rehabilitation group program or an intervention group which incorporates physical, cognitive and speech activities in a multi-tasking framework. Outcomes will be measured at 6-week intervals for a period of six months. Primary outcome measures are the Montreal Cognitive Assessment (MoCA) and the Timed Up and Go (TUG) cognitive test. Secondary outcomes include changes in health related quality of life, communication, social participation, mobility, strength and balance, and carer burden measures. This study will determine the immediate and long-term effectiveness of a unique multifocal, interdisciplinary, dual-tasking approach to the management of PD as compared to an exercise only program. We anticipate that the results of this study will have implications for the development of cost effective evidence based best practice for the treatment of people with PD living in the community.

Protein monoubiquitination and polyubiquitination generate structural diversity to control distinct biological processes

Ubiquitination involves the attachment of ubiquitin (Ub) to lysine residues on substrate proteins or itself, which can result in protein monoubiquitination or polyubiquitination. Polyubiquitination through different lysines (seven) or the N-terminus of Ub can generate different protein-Ub structures. These include monoubiquitinated proteins, polyubiqutinated proteins with homotypic chains through a particular lysine on Ub or mixed polyubiquitin chains generated by polymerization through different Ub lysines. The ability of the ubiquitination pathway to generate different protein-Ub structures provides versatility of this pathway to target proteins to different fates. Protein ubiquitination is catalyzed by Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes, with different combinations of these enzymes specifying the type of Ub modification on protein substrates. How Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes generate this structural diversity is not clearly understood. In the current review, we discuss mechanisms utilized by the Ub-conjugating and Ub-ligase enzymes to generate structural diversity during protein ubiquitination, with a focus on recent mechanistic insights into protein monoubiquitination and polyubiquitination.

Bismuth oxide nanoparticles in the stratosphere

Platey grains of cubic Bi2O3, α-Bi2O3, and Bi2O2.75 nanograins were associated with chondritic porous interplanetary dust particles W7029C1, W7029E5, and 2011C2 that were collected in the stratosphere at 17-19 km altitude. Similar Bi oxide nanograins were present in the upper stratosphere during May 1985. These grains are linked to the plumes of several major volcanic eruptions during the early 1980s that injected material into the stratosphere. The mass of sulfur from these eruptions is a proxy for the mass of stratospheric Bi from which we derive the particle number densities (p m -3) for "average Bi2O3 nanograins" due to this volcanic activity and those necessary to contaminate the extraterrestrial chondritic porous interplanetary dust particles via collisional sticking. The match between both values supports the idea that Bi2O3 nanograins of volcanic origin could contaminate interplanetary dust particles in the Earth's stratosphere. Copyright 1997 by the American Geophysical Union.

Effect of consecutive repeated sprint and resistance exercise bouts on acute adaptive responses in human skeletal muscle

We examined acute molecular responses in skeletal muscle to repeated sprint and resistance exercise bouts. Six men [age, 24.7 ± 6.3 yr; body mass, 81.6 ± 7.3 kg; peak oxygen uptake, 47 ± 9.9 ml·kg -1 ·min -1; one repetition maximum (1-RM) leg extension 92.2 ± 12.5 kg; means ± SD] were randomly assigned to trials consisting of either resistance exercise (8 × 5 leg extension, 80% 1-RM) followed by repeated sprints (10 × 6 s, 0.75 N·m torque·kg -1) or vice-versa. Muscle biopsies from vastus lateralis were obtained at rest, 15 min after each exercise bout, and following 3-h recovery to determine early signaling and mRNA responses. There was divergent exercise order-dependent phosphorylation of p70 S6K (S6K). Specifically, initial resistance exercise increased S6K phosphorylation (?75% P < 0.05), but there was no effect when resistance exercise was undertaken after sprints. Exercise decreased IGF-I mRNA following 3-h recovery (?50%, P = 0.06) independent of order, while muscle RING finger mRNA was elevated with a moderate exercise order effect (P < 0.01). When resistance exercise was followed by repeated sprints PGC-1? mRNA was increased (REX1-SPR2; P = 0.02) with a modest distinction between exercise orders. Repeated sprints may promote acute interference on resistance exercise responses by attenuating translation initiation signaling and exacerbating ubiquitin ligase expression. Indeed, repeated sprints appear to generate the overriding acute exercise-induced response when undertaking concurrent repeated sprint and resistance exercise. Accordingly, we suggest that sprint-activities are isolated from resistance training and that adequate recovery time is considered within periodized training plans that incorporate these divergent exercise modes.

Nedd4-2(NEDD4L) controls intracellular Na(+)-mediated activity of voltage-gated sodium channels in primary cortical neurons.

Nedd4-2, a HECT (homologous with E6-associated protein C-terminus)-type ubiquitin protein ligase, has been implicated in regulating several ion channels, including Navs (voltage-gated sodium channels). In Xenopus oocytes Nedd4-2 strongly inhibits the activity of multiple Navs. However, the conditions under which Nedd4-2 mediates native Nav regulation remain uncharacterized. Using Nedd4-2-deficient mice, we demonstrate in the present study that in foetal cortical neurons Nedd4-2 regulates Navs specifically in response to elevated intracellular Na(+), but does not affect steady-state Nav activity. In dorsal root ganglia neurons from the same mice, however, Nedd4-2 does not control Nav activities. The results of the present study provide the first physiological evidence for an essential function of Nedd4-2 in regulating Navs in the central nervous system.