The E3 ubiquitin ligase Pellino3 protects against obesity-induced inflammation and insulin resistance

Diet-induced obesity can induce low-level inflammation and insulin resistance. Interleukin-1β (IL-1β) is one of the key proinflammatory cytokines that contributes to the generation of insulin resistance and diabetes, but the mechanisms that regulate obesity-driven inflammation are ill defined. Here we found reduced expression of the E3 ubiquitin ligase Pellino3 in human abdominal adipose tissue from obese subjects and in adipose tissue of mice fed a high-fat diet and showing signs of insulin resistance. Pellino3-deficient mice demonstrated exacerbated high-fat-diet-induced inflammation, IL-1β expression, and insulin resistance. Mechanistically, Pellino3 negatively regulated TNF receptor associated 6 (TRAF6)-mediated ubiquitination and stabilization of hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), resulting in reduced HIF1α-induced expression of IL-1β. Our studies identify a regulatory mechanism controlling diet-induced insulin resistance by highlighting a critical role for Pellino3 in regulating IL-1β expression with implications for diseases like type 2 diabetes.

Insights into the biological significance of alternative splicing in Arabidopsis: functional characterization of a dual-targeted E3 ligase and the SCL30a SR protein

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology

Mutation screening of the glutamate cysteine ligase modifier (GCLM) gene in patients with schizophrenia.

BACKGROUND: Experimental evidences show that glutathione and its rate-limiting synthesizing enzyme, the glutamate-cysteine ligase (GCL), are involved in the pathogenesis of schizophrenia. Furthermore, genetic association has been previously reported between two single nucleotide polymorphisms lying in noncoding regions of glutamate cysteine ligase modifier (GCLM) gene, which specifies for the modifier subunit of GCL and schizophrenia. OBJECTIVE: We wanted to investigate the presence of GCLM true functional mutations, likely in linkage disequilibrium with the previously identified single nucleotide polymorphism alleles, in the same set of cases that allowed the detection of the original association signal. METHODS: We screened all the coding regions of GCLM and their intronic flanking vicinities in 353 patients with schizophrenia by direct DNA sequencing. RESULTS: Ten sequence variations were identified, five of which were not previously described. None of these DNA changes was within the GCLM coding sequence and in-silico analysis failed to indicate functional impairment induced by these variations. Furthermore, screening of normal controls and downstream statistical analyses revealed no significant relationship of any of these DNA variants with schizophrenia. CONCLUSION: It is unlikely that functional mutations in the GCLM gene could play a major role in genetic predisposition to schizophrenia and further studies will be required to assess its etiological function in the disease.

Williams-Beuren syndrome TRIM50 encodes an E3 ubiquitin ligase.

Williams-Beuren syndrome (WBS) is a neurodevelopmental and multisystemic disease that results from hemizygosity of approximately 25 genes mapping to chromosomal region 7q11.23. We report here the preliminary description of eight novel genes mapping within the WBS critical region and/or its syntenic mouse region. Three of these genes, TRIM50, TRIM73 and TRIM74, belong to the TRIpartite motif gene family, members of which were shown to be associated to several human genetic diseases. We describe the preliminary functional characterization of these genes and show that Trim50 encodes an E3 ubiquitin ligase, opening the interesting hypothesis that the ubiquitin-mediated proteasome pathway might be involved in the WBS phenotype.

Comparaison de l’ubiquitylation de différentes protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose suite à leur interaction avec la ligase de l’ubiquitine Itch

Itch est la seule ligase de l'ubiquitine de type C2-WW-HECT capable d'interagir avec les protéines à domaine SH3. Ce domaine est particulièrement représenté parmi les protéines régulatrices de l'endocytose. Les travaux présentés ici visaient à examiner la capacité d'Itch à interagir avec plusieurs protéines endocytiques. Nous avons utilisé la technique du BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) pour examiner quelques protéines candidates. Nous avons ensuite confirmé les résultats obtenus par BRET avec des tests d'interaction in vitro, puis déterminé la capacité d'Itch à ubiquityler les protéines liées via leurs domaines SH3. Nous avons ainsi découvert deux nouveaux partenaires d'interaction et substrats d'Itch parmi les protéines endocytiques, amphyphisine et pacsine. De plus, Itch interagit avec les domaines SH3 isolés d'intersectine, mais pas avec la protéine complète, suggérant que cette dernière n'est pas un substrat d'Itch. Itch est donc bien positionnée pour exercer un rôle régulateur de l'endocytose en ubiquitylant ses substrats.

Régulation et rôle de la ligase de l'ubiquitine Itch dans la signalisation cellulaire

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Importance de la phosphorylation de la ligase Itch dans la reconnaissance et l'ubiquitylation des protéines à domaine SH3

Itch est une ligase de l’ubiquitine impliquée dans la reconnaissance et la dégradation des protéines par le protéasome. Itch contient trois sites phosphorylés par JNK et il a été démontré que la phosphorylation de ces résidus est nécessaire pour que Itch puisse reconnaître et ubiquityler les protéines c-Jun et JunB. Ces sites de phosphorylation se retrouvent dans le domaine PRD responsable des interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3. Si la phosphorylation de Itch par JNK est importante pour réguler son activité avec c-Jun et JunB, on connaît peu de choses sur les interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3 ainsi que l’implication de la phosphorylation dans leur régulation. Nous avons donc créé des mutants de Itch par mutagenèse dirigée où les sites de phosphorylation étaient remplacés par des alanines (mutant non phosphorylable) et où l’un des trois sites était remplacé par un acide aspartique (mutant constitutivement phosphorylé). Ces mutants sont utilisés dans des tests d’interaction et d’ubiquitylation, dans le but de déterminer l’impact de la phosphorylation de Itch dans la reconnaissance et l’ubiquitylation des protéines SH3. Nos résultats montrent que, contrairement au modèle proposé, la phosphorylation de Itch n’est pas essentielle à l’interaction de Itch avec l’endophiline, mais la phosphorylation de Itch module l’ubiquitylation ainsi que la dégradation de l’endophiline. La régulation de l’interaction de Itch avec ses substrats est donc différente selon le substrat.

Structure-fonction de MARCH1, une E3 ubiquitine ligase régulant la présentation antigénique par le CMH II

Les molécules classiques du CMH de classe II sont responsables de la présentation de peptides exogènes par les cellules présentatrices d’antigène aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation antigénique est essentielle à l’établissement d’une réponse immunitaire adaptative. Cependant, la reconnaissance d’auto-antigènes ainsi que l’élimination des cellules du Soi sont des problèmes à l’origine de nombreuses maladies auto-immunes. Notamment, le diabète et la sclérose en plaque. D’éventuels traitements de ces maladies pourraient impliquer la manipulation de la présentation antigénique chez les cellules dont la reconnaissance et l’élimination engendrent ces maladies. Il est donc primordial d’approfondir nos connaissances en ce qui concerne les mécanismes de régulation de la présentation antigénique. La présentation antigénique est régulée tant au niveau transcriptionnel que post-traductionnel. Au niveau post-traductionnel, diverses cytokines affectent le processus. Parmi celles-ci, l’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, cause une rétention intracellulaire des molécules du CMH II. Son mécanisme d’action consiste en l’ubiquitination de la queue cytoplasmique de la chaîne bêta des molécules de CMH II. Cette modification protéique est effectuée par MARCH1, une E3 ubiquitine ligase dont l’expression est restreinte aux organes lymphoïdes secondaires. Jusqu’à tout récemment, il y avait très peu de connaissance concernant la structure et les cibles de MARCH1. Considérant son impact majeur sur la présentation antigénique, nous nous sommes intéressé à la structure-fonction de cette molécule afin de mieux caractériser sa régulation ainsi que les diverses conditions nécessaires à son fonctionnement. Dans un premier article, nous avons étudié la régulation de l’expression de MARCH1 au niveau protéique. Nos résultats ont révélé l’autorégulation de la molécule par formation de dimères et son autoubiquitination. Nous avons également démontré l’importance des domaines transmembranaires de MARCH1 dans la formation de dimères et l’interaction avec le CMH II. Dans un second article, nous avons investigué l’importance de la localisation de MARCH1 pour sa fonction. Les résultats obtenus montrent la fonctionnalité des motifs de localisation de la portion C-terminale de MARCH1 ainsi que la présence d’autres éléments de localisation dans la portion N-terminale de la protéine. Les nombreux mutants utilisés pour ce projet nous ont permis d’identifier un motif ‘‘VQNC’’, situé dans la portion cytoplasmique C-terminale de MARCH1, dont la valine est requise au fonctionnement optimal de la molécule. En effet, la mutation de la valine engendre une diminution de la fonction de la molécule et des expériences de BRET ont démontré une modification de l’orientation spatiale des queues cytoplasmiques. De plus, une recherche d’homologie de séquence a révélé la présence de ce même motif dans d’autres ubiquitines ligases, dont Parkin. Parkin est fortement exprimée dans le cerveau et agirait, entre autre, sur la dégradation des agrégats protéiques. La dysfonction de Parkin cause l’accumulation de ces agrégats, nommés corps de Lewy, qui entraînent des déficiences au niveau du fonctionnement neural observé chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. La valine comprise dans le motif ‘’VQNC’’ a d’ailleurs été identifiée comme étant mutée au sein d’une famille où cette maladie est génétiquement transmise. Nous croyons que l’importance de ce motif ne se restreint pas à MARCH1, mais serait généralisée à d’autres E3 ligases. Ce projet de recherche a permis de caractériser des mécanismes de régulation de MARCH1 ainsi que de découvrir divers éléments structuraux requis à sa fonction. Nos travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes de contrôle de la présentation antigénique par les molécules de CMH II.

Phosphorylation et régulation de l’E3 ubiquitine ligase MDM2 par la protéine kinase RSK dans les mélanomes

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques.

Role of E3-ligase parkin in mitochondrial quality control in a cardiotoxicity model to anthracyclines

Dues à leur importance croissante dans la dégénérescence musculaire, les mitochondries sont de plus en plus étudiées en relation à diverses myopathies. Leurs mécanismes de contrôle de qualité sont reconnus pour leur rôle important dans la santé mitochondrial. Dans cette étude, nous tentons de déterminer si le déficit de mitophagie chez les souris déficiente du gène Parkin causera une exacerbation des dysfonctions mitochondriales normalement induite par la doxorubicine. Nous avons analysé l’impact de l’ablation de Parkin en réponse à un traitement à la doxorubicine au niveau du fonctionnement cardiaque, des fonctions mitochondriales et de l’enzymologie mitochondriale. Nos résultats démontrent qu’à l’état basal, l’absence de Parkin n’induit pas de pathologie cardiaque mais est associé à des dysfonctions mitochondriales multiples. La doxorubicine induit des dysfonctions respiratoires, du stress oxydant mitochondrial et une susceptibilité à l’ouverture du pore de transition de perméabilité (PTP). Finalement, contrairement à notre hypothèse, l’absence de Parkin n’accentue pas les dysfonctions mitochondriales induites par la doxorubicine et semble même exercer un effet protecteur.

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.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.

The development of a ligase mediated PCR with potential for the differentiation of serovars within Leptospira interrogans

A ligase mediated polymerase chain reaction (LMPCR) was developed to amplify between the repetitive element, IS1533, of Leptospira and adjacent chromosomally located BglII restriction endonuclease enzyme sites. To do this, complimentary oligonucleotide linkers designed to anneal together with an overhanging BglII end were ligated to BglII digested DNA from 35 leptospiral reference strains and field isolates, This ligated DNA was used as template for PCR with oligonucleotide primers specific for the linker and for the repetitive element IS1533. The resultant amplicon profile hybridised a 102 hp region derived from the terminus of IS1533 thus confirming that amplicons generated by LMPCR contained part of IS1533. The number of fragments generated containing IS1533 was significantly fewer than that generated by RFLP but the LMPCR method has the potential to use far less template DNA and be quicker than standard RFLP. Obvious and reproducible interserovar differences were demonstrated by LMPCR whereas for 20 of 21 L. hardjo-bovis isolates tested no intraserovar differences were observed. Of those serovars known to possess IS1533 homologues and tested here by LMPCR, each produced a unique amplicon profile which hybridised the IS1533 terminus probe. The limited heterogeneity amongst hardjo-bovis isolates is discussed as is the potential contribution of this method to diagnosis, differentiation and the phylogenetics of the Leptospires.