Phosphorylation-dependent dimerization and subcellular localization of islet-brain 1/c-Jun N-terminal kinase-interacting protein 1.

Islet-brain 1 [IB1; also termed c-Jun N-terminal kinase (JNK)-interacting protein 1 (JIP-1] is involved in the apoptotic signaling cascade of JNK and functions as a scaffold protein. It organizes several MAP kinases and the microtubule-transport motor protein kinesin and relates to other signal-transducing molecules such as the amyloid precursor protein. Here we have identified IB1/JIP-1 using different antibodies that reacted with either a monomeric or a dimeric form of IB1/JIP-1. By immunoelectron microscopy, differences in the subcellular localization were observed. The monomeric form was found in the cytoplasmic compartment and is associated with the cytoskeleton and with membranes, whereas the dimeric form was found in addition in nuclei. After treatment of mouse brain homogenates with alkaline phosphatase, the dimeric form disappeared and the monomeric form decreased its molecular weight, suggesting that an IB1/JIP-1 dimerization is phosphorylation dependent and that IB1 exists in several phospho- forms. N-methyl-D-aspartate receptor activation induced a dephosphorylation of IB1/JIP-1 in primary cultures of cortical neurons and reduced homodimerization. In conclusion, these data suggest that IB1/JIP-1 monomers and dimers may differ in compartmental localization and thus function as a scaffold protein of the JNK signaling cascade in the cytoplasm or as a transcription factor in nuclei.

The TRAF-interacting protein (TRAIP) is a novel E2F target with peak expression in mitosis.

The TRAF-interacting protein (TRAIP) is an E3 ubiquitin ligase required for cell proliferation. TRAIP mRNA is downregulated in human keratinocytes after inhibition of the PI3K/AKT/mTOR signaling. Since E2F transcription factors are downstream of PI3K/AKT/mTOR we investigated whether they regulate TRAIP expression. E2F1 expression significantly increased the TRAIP mRNA level in HeLa cells. Reporter assays with the 1400bp 5'-upstream promoter in HeLa cells and human keratinocytes showed that E2F1-, E2F2- and E2F4-induced upregulation of TRAIP expression is mediated by 168bp upstream of the translation start site. Mutating the E2F binding site within this fragment reduced the E2F1- and E2F2-dependent promoter activities and protein-DNA complex formation in gel shift assays. Abundance of TRAIP mRNA and protein was regulated by the cell cycle with a peak in G2/M. Expression of GFP and TRAIP-GFP demonstrated that TRAIP-GFP protein has a lower steady-state concentration than GFP despite similar mRNA levels. Cycloheximide inhibition experiments indicated that the TRAIP protein has a half-life of around four hours. Therefore, the combination of cell cycle-dependent transcription of the TRAIP gene by E2F and rapid protein degradation leads to cell cycle-dependent expression with a maximum in G2/M. These findings suggest that TRAIP has important functions in mitosis and tumorigenesis.

Implication of different domains of the Leishmania major metacaspase in cell death and autophagy.

Metacaspases (MCAs) are cysteine peptidases expressed in plants, fungi and protozoa, with a caspase-like histidine-cysteine catalytic dyad, but differing from caspases, for example, in their substrate specificity. The role of MCAs is subject to debate: roles in cell cycle control, in cell death or even in cell survival have been suggested. In this study, using a Leishmania major MCA-deficient strain, we showed that L. major MCA (LmjMCA) not only had a role similar to caspases in cell death but also in autophagy and this through different domains. Upon cell death induction by miltefosine or H2O2, LmjMCA is processed, releasing the catalytic domain, which activated substrates via its catalytic dyad His/Cys and a proline-rich C-terminal domain. The C-terminal domain interacted with proteins, notably proteins involved in stress regulation, such as the MAP kinase LmaMPK7 or programmed cell death like the calpain-like cysteine peptidase. We also showed a new role of LmjMCA in autophagy, acting on or upstream of ATG8, involving Lmjmca gene overexpression and interaction of the C-terminal domain of LmjMCA with itself and other proteins. These results allowed us to propose two models, showing the role of LmjMCA in the cell death and also in the autophagy pathway, implicating different protein domains.

The serine protease hepsin mediates urinary secretion and polymerisation of Zona Pellucida domain protein uromodulin.

Uromodulin is the most abundant protein in the urine. It is exclusively produced by renal epithelial cells and it plays key roles in kidney function and disease. Uromodulin mainly exerts its function as an extracellular matrix whose assembly depends on a conserved, specific proteolytic cleavage leading to conformational activation of a Zona Pellucida (ZP) polymerisation domain. Through a comprehensive approach, including extensive characterisation of uromodulin processing in cellular models and in specific knock-out mice, we demonstrate that the membrane-bound serine protease hepsin is the enzyme responsible for the physiological cleavage of uromodulin. Our findings define a key aspect of uromodulin biology and identify the first in vivo substrate of hepsin. The identification of hepsin as the first protease involved in the release of a ZP domain protein is likely relevant for other members of this protein family, including several extracellular proteins, as egg coat proteins and inner ear tectorins.

Intracellular membrane trafficking in Osteoclasts The role of direct Rab protein – Rac 1 interactions in the targeting of intracellular vesicles

Osteoclasts are cells responsible for bone resorption. These cells undergo extensive membrane re-organization during their polarization for bone resorption and form four distinct membrane domains, namely the ruffled border, the basolateral membrane, the sealing zone and the functional secretory domain. The endocytic/biosynthetic pathway and transcytotic route(s) are important for the resorption process, since the endocytic/biosynthetic pathway brings the specific vesicles to the ruffled border whereas the transcytotic flow is believed to transport the degraded bone matrix away from the resorption lacuna to the functional secretory domain. In the present study, we found a new transcytotic route from the functional secretory domain to the ruffled border, which may compensate membrane loss from the ruffled border during the resorption process. We also found that lipid rafts are essential for the ruffled border-targeted late endosomal pathways. A small GTP-binding protein, Rab7, has earlier been shown to regulate the late steps of the endocytic pathway. In bone-resorbing osteoclasts it is involved in the formation of the ruffled border, which displays several features of late endosomal membranes. Here we discovered a new Rab7-interacting protein, Rac1, which is another small GTP-binding protein and binds to the GTP-form of Rab7 in vitro. We demonstrated further that Rab7 colocalizes with Rac1 at the fusion zone of the ruffled border in bone-resorbing osteoclasts. In other cell types, such as fibroblast-like cells, this colocalization is mainly perinuclear. Because Rac1 is known to control the actin cytoskeleton through its effectors, we suggest that the Rab7-Rac1 interaction may mediate late endosomal transport between microtubules and microfilaments, thus enabling endosomal vesicles to switch tracks from microtubules to microfilaments before their fusion to the ruffled border. We then studied the role of Rab-Rac1 interaction in the slow recycling pathway. We revealed that Rac1 also binds directly to Rab11 and to some other but not all Rab-proteins, suggesting that Rab-Rac1 interaction could be a general regulatory mechanism to direct the intracellular vesicles from microtubule mediated transport to actin filament mediated transport and vice versa. On the basis of our results we thus propose a new hypothesis for these GTPases in the regulation of intracellular membrane flow.

Nuclear Matrix in Apoptotic Cell Death and Cell Proliferation. The role of Nuclear Mitotic Apparatus (NuMA) Protein

The nucleus is a membrane enclosed organelle containing most of the genetic information of the cell in the form of chromatin. The nucleus, which can be divided into many sub-organelles such as the nucleoli, the Cajal bodies and the nuclear lamina, is the site for several essential cellular functions such as the DNA replication and its regulation and most of the RNA synthesis and processing. The nucleus is often affected in disease: the size and the shape of the nucleus, the chromatin distribution and the size of the nucleoli have remained the basis for the grading of several cancers. The maintenance of the vertebrate body shape depends on the skeleton. Similarly, in a smaller context, the shape of the cell and the nucleus are mainly regulated by the cytoskeletal and nucleoskeletal elements. The nuclear matrix, which by definition is a detergent, DNase and salt resistant proteinaceous nuclear structure, has been suggested to form the nucleoskeleton responsible for the nuclear integrity. Nuclear mitotic apparatus protein, NuMA, a component of the nuclear matrix, is better known for its mitotic spindle organizing function. NuMA is one of the nuclear matrix proteins suggested to participate in the maintenance of the nuclear integrity during interphase but its interphase function has not been solved to date. This thesis study concentrated on the role of NuMA and the nuclear matrix as structural and functional components of the interphase nucleus. The first two studies clarified the essential role of caspase-3 in the disintegration of the nuclear structures during apoptosis. The second study also showed NuMA and chromatin to co-elute from cells in significant amounts and the apoptotic cleavage of NuMA was clarified to have an important role in the dissociation of NuMA from the chromatin. The third study concentrated on the interphase function of NuMA showing NuMA depletion to result in cell cycle arrest and the cytoplasmic relocalization of NuMA interaction partner GAS41. We suggest that the relocalization of the transcription factor GAS41 may mediate the cell cycle arrest. Thus, this study has given new aspects in the interactions of NuMA, chromatin and the nuclear matrix.

Large-scale production and purification of recombinant protein from an insect cell/baculovirus system in Erlenmeyer flasks: application to the chicken poly(ADP-ribose) polymerase catalytic domain

A simple and inexpensive shaker/Erlenmeyer flask system for large-scale cultivation of insect cells is described and compared to a commercial spinner system. On the basis of maximum cell density, average population doubling time and overproduction of recombinant protein, a better result was obtained with a simpler and less expensive bioreactor consisting of Erlenmeyer flasks and an ordinary shaker waterbath. Routinely, about 90 mg of pure poly(ADP-ribose) polymerase catalytic domain was obtained for a total of 3 x 109 infected cells in three liters of culture

Increase in skeletal muscle protein content by the ß-2 selective adrenergic agonist clenbuterol exacerbates hypoalbuminemia in rats fed a low-protein diet

This investigation examined how the nutritional status of rats fed a low-protein diet was affected when the animals were treated with the ß-2 selective agonist clenbuterol (CL). Males (4 weeks old) from an inbred, specific-pathogen-free strain of hooded rats maintained at the Dunn Nutritional Laboratory were used in the experiments (N = 6 rats per group). CL treatment (Ventipulmin, Boehringer-Ingelheim Ltd., 3.2 mg/kg diet for 2 weeks) caused an exacerbation of the symptoms associated with protein deficiency in rats. Plasma albumin concentrations, already low in rats fed a low-protein diet (group A), were further reduced in CL rats (A = 25.05 ± 0.31 vs CL = 23.64 ± 0.30 g/l, P<0.05). Total liver protein decreased below the level seen in either pair-fed animals (group P) or animals with free access to the low-protein diet (A = 736.56 ± 26 vs CL = 535.41 ± 54 mg, P<0.05), whereas gastrocnemius muscle protein was higher than the values normally described for control (C) animals (C = 210.88 ± 3.2 vs CL = 227.14 ± 1.7 mg/g, P<0.05). Clenbuterol-treated rats also showed a reduction in growth when compared to P rats (P = 3.2 ± 1.1 vs CL = -10.2 ± 1.9 g, P<0.05). This was associated with a marked decrease in fat stores (P = 5.35 ± 0.81 vs CL = 2.02 ± 0.16 g, P<0.05). Brown adipose tissue (BAT) cytochrome oxidase activity, although slightly lower than in P rats (P = 469.96 ± 16.20 vs CL = 414.48 ± 11.32 U/BAT x kg body weight, P<0.05), was still much higher than in control rats (C = 159.55 ± 11.54 vs CL = 414.48 ± 11.32 U/BAT x kg body weight, P<0.05). The present findings support the hypothesis that an increased muscle protein content due to clenbuterol stimulation worsened amino acid availability to the liver and further reduced albumin synthesis causing exacerbation of hypoalbuminemia in rats fed a low-protein diet.

In silico analysis identifies a C3HC4-RING finger domain of a putative E3 ubiquitin-protein ligase located at the C-terminus of a polyglutamine-containing protein

Almost identical polyglutamine-containing proteins with unknown structures have been found in human, mouse and rat genomes (GenBank AJ277365, AF525300, AY879229). We infer that an identical new gene (RING) finger domain of real interest is located in each C-terminal segment. A three-dimensional (3-D) model was generated by remote homology modeling and the functional implications are discussed. The model consists of 65 residues from terminal position 707 to 772 of the human protein with a total length of 796 residues. The 3-D model predicts a ubiquitin-protein ligase (E3) as a binding site for ubiquitin-conjugating enzyme (E2). Both enzymes are part of the ubiquitin pathway to label unwanted proteins for subsequent enzymatic degradation. The molecular contact specificities are suggested for both the substrate recognition and the residues at the possible E2-binding surface. The predicted structure, of a ubiquitin-protein ligase (E3, enzyme class number 6.3.2.19, CATH code 3.30.40.10.4) may contribute to explain the process of ubiquitination. The 3-D model supports the idea of a C3HC4-RING finger with a partially new pattern. The putative E2-binding site is formed by a shallow hydrophobic groove on the surface adjacent to the helix and one zinc finger (L722, C739, P740, P741, R744). Solvent-exposed hydrophobic amino acids lie around both zinc fingers (I717, L722, F738, or P765, L766, V767, V733, P734). The 3-D structure was deposited in the protein databank theoretical model repository (2B9G, RCSB Protein Data Bank, NJ).

Protein tyrosine kinase inhibitors modify kainic acid-induced epileptiform activity and mossy fiber sprouting but do not protect against limbic cell death

Intrahippocampal administration of kainic acid (KA) induces synaptic release of neurotrophins, mainly brain-derived neurotrophic factor, which contributes to the acute neuronal excitation produced by the toxin. Two protein tyrosine kinase inhibitors, herbimycin A and K252a, were administered intracerebroventricularly, in a single dose, to attenuate neurotrophin signaling during the acute effects of KA, and their role in epileptogenesis was evaluated in adult, male Wistar rats weighing 250-300 g. The latency for the first Racine stage V seizure was 90 ± 8 min in saline controls (N = 4) which increased to 369 ± 71 and 322 ± 63 min in animals receiving herbimycin A (1.74 nmol, N = 4) and K252a (10 pmol, N = 4), respectively. Behavioral alterations were accompanied by diminished duration of EEG paroxysms in herbimycin A- and K252a-treated animals. Notwithstanding the reduction in seizure severity, cell death (60-90% of cell loss in KA-treated animals) in limbic regions was unchanged by herbimycin A and K252a. However, aberrant mossy fiber sprouting was significantly reduced in the ipsilateral dorsal hippocampus of K252a-treated animals. In this model of temporal lobe epilepsy, both protein kinase inhibitors diminished the acute epileptic activity triggered by KA and the ensuing morphological alterations in the dentate gyrus without diminishing cell loss. Our current data indicating that K252a, but not herbimycin, has an influence over KA-induced mossy fiber sprouting further suggest that protein tyrosine kinase receptors are not the only factors which control this plasticity. Further experiments are necessary to elucidate the exact signaling systems associated with this K252a effect.

Effect of ATP and 2-oxoglutarate on the in vitro interaction between the NifA GAF domain and the GlnB protein of Azospirillum brasilense

Azospirillum brasilense is a diazotroph that associates with important agricultural crops and thus has potential to be a nitrogen biofertilizer. The A. brasilense transcription regulator NifA, which seems to be constitutively expressed, activates the transcription of nitrogen fixation genes. It has been suggested that the nitrogen status-signaling protein GlnB regulates NifA activity by direct interaction with the NifA N-terminal GAF domain, preventing the inhibitory effect of this domain under conditions of nitrogen fixation. In the present study, we show that an N-terminal truncated form of NifA no longer required GlnB for activity and lost regulation by ammonium. On the other hand, in trans co-expression of the N-terminal GAF domain inhibited the N-truncated protein in response to fixed nitrogen levels. We also used pull-down assays to show in vitro interaction between the purified N-terminal GAF domain of NifA and the GlnB protein. The results showed that A. brasilense GlnB interacts directly with the NifA N-terminal domain and this interaction is dependent on the presence of ATP and 2-oxoglutarate.

Probing MST1 Kinase Sequence and Structure for Rational Drug Discovery (Targeting diabetes by blocking protein-protein interactions)

Apoptotic beta cell death is an underlying cause majorly for type I and to a lesser extent for type II diabetes. Recently, MST1 kinase was identified as a key apoptotic agent in diabetic condition. In this study, I have examined MST1 and closely related kinases namely, MST2, MST3 and MST4, aiming to tackle diabetes by exploring ways to selectively block MST1 kinase activity. The first investigation was directed towards evaluating possibilities of selectively blocking the ATP binding site of MST1 kinase that is essential for the activity of the enzymes. Structure and sequence analyses of this site however revealed a near absolute conservation between the MSTs and very few changes with other kinases. The observed residue variations also displayed similar physicochemical properties making it hard for selective inhibition of the enzyme. Second, possibilities for allosteric inhibition of the enzyme were evaluated. Analysis of the recognized allosteric site also posed the same problem as the MSTs shared almost all of the same residues. The third analysis was made on the SARAH domain, which is required for the dimerization and activation of MST1 and MST2 kinases. MST3 and MST4 lack this domain, hence selectivity against these two kinases can be achieved. Other proteins with SARAH domains such as the RASSF proteins were also examined. Their interaction with the MST1 SARAH domain were evaluated to mimic their binding pattern and design a peptide inhibitor that interferes with MST1 SARAH dimerization. In molecular simulations the RASSF5 SARAH domain was shown to strongly interact with the MST1 SARAH domain and possibly preventing MST1 SARAH dimerization. Based on this, the peptidic inhibitor was suggested to be based on the sequence of RASSF5 SARAH domain. Since the MST2 kinase also interacts with RASSF5 SARAH domain, absolute selectivity might not be achieved.

Étude de la fonction anti-apoptotique de la sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase des virus de l’herpès simplex

L’élimination des cellules infectées par apoptose constitue un mécanisme de défense antivirale. Les virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1 et 2 encodent des facteurs qui inhibent l’apoptose induite par la réponse antivirale. La sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase d’HSV-2 (ICP10) possède une fonction anti-apoptotique qui protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par les récepteurs de mort en agissant en amont ou au niveau de l’activation de la procaspase-8. Puisqu’une infection avec un mutant HSV-1 déficient pour la R1 diminue la résistance des cellules infectées vis à vis du TNFα, il a été suggéré que la R1 d’HSV-1 (ICP6) pourrait posséder une fonction anti-apoptotique. Le but principal de cette thèse est d’étudier le mécanisme et le potentiel de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV-1 et de la R1 d'HSV-2. Dans une première étude, nous avons investigué le mécanisme de la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV en utilisant le TNFα et le FasL, deux inducteurs des récepteurs de mort impliqués dans la réponse immune anti-HSV. Cette étude a permis d’obtenir trois principaux résultats concernant la fonction anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Premièrement, la R1 d’HSV-1 inhibe l’apoptose induite par le TNFα et par le FasL aussi efficacement que la R1 d’HSV-2. Deuxièmement, la R1 d’HSV-1 est essentielle à l’inhibition de l’apoptose induite par le FasL. Troisièmement, la R1 d’HSV interagit constitutivement avec la procaspase-8 d’une manière qui inhibe la dimérisation et donc l’activation de la caspase-8. Ces résultats suggèrent qu’en plus d’inhiber l’apoptose induite par les récepteurs de mort la R1 d’HSV peut prévenir l’activation de la caspase-8 induite par d’autres stimuli pro-apoptotiques. Les ARN double-brins (ARNdb) constituant un intermédiaire de la transcription du génome des HSV et activant l’apoptose par une voie dépendante de la caspase-8, nous avons testé dans une seconde étude l’impact de la R1 d’HSV sur l’apoptose induite par l’acide polyriboinosinique : polyribocytidylique (poly(I:C)), un analogue synthétique des ARNdb. Ces travaux ont montré qu’une infection avec les HSV protège les cellules épithéliales de l’apoptose induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV-1 joue un rôle majeur dans l’inhibition de l’activation de la caspase-8 induite par le poly(I:C). La R1 d’HSV interagit non seulement avec la procaspase-8 mais aussi avec RIP1 (receptor interacting protein 1). En interagissant avec RIP1, la R1 d’HSV-2 inhibe l’interaction entre RIP1 et TRIF (Toll/interleukine-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon β), l’adaptateur du Toll-like receptor 3 qui est un détecteur d’ARNdb , laquelle est essentielle pour signaler l’apoptose induite par le poly(I:C) extracellulaire et la surexpression de TRIF. Ces travaux démontrent la capacité de la R1 d’HSV à inhiber l’apoptose induite par divers stimuli et ils ont permis de déterminer le mécanisme de l’activité anti-apoptotique de la R1 d’HSV. Très tôt durant l’infection, cFLIP, un inhibiteur cellulaire de la caspase-8, est dégradé alors que la R1 d’HSV s’accumule de manière concomitante. En interagissant avec la procapsase-8 et RIP1, la R1 d’HSV se comporte comme un inhibiteur viral de l’activation de la procaspase-8 inhibant l’apoptose induite par les récepteurs de mort et les détecteurs aux ARNdb.

Étude du mécanisme de régulation de la sénescence et de p53 par la protéine SOCS1

Les mécanismes cellulaires anti-prolifératifs, lesquels comprennent l’apoptose, aussi appelée la mort cellulaire programmée, l’arrêt transitoire du cycle cellulaire et la sénescence, permettent à la cellule de prévenir, en réponse à différents stress, l’accumulation de mutations pouvant conduire à une prolifération incontrôlée et, éventuellement, au développement d’une tumeur. La régulation de ces différents mécanismes requiert l’activation de protéines appelées des suppresseurs de tumeur, dont le principal est p53. p53 est un facteur de transcription dont la stabilisation et l’activation conduit à une hausse de l’expression de gènes directement impliqués dans l’arrêt de la prolifération. Au cours des dernières années, l’ensemble des travaux sur p53 ont permis de mettre en évidence la complexité de sa fonction, de même que la multitude de voies de signalisation et de protéines avec lesquelles il coopère pour maintenir l’intégrité du génome. De ce fait, l’étude des mécanismes d’activation de p53 est de mise pour la compréhension de sa régulation et, éventuellement, pour la prévention et l’élaboration de nouvelles stratégies de traitement contre le cancer. L’objet de cette thèse est la mise en évidence d’un mécanisme d’activation de p53 et de la sénescence par la protéine SOCS1, un suppresseur de la signalisation par les cytokines. Ce mécanisme implique une interaction directe entre les deux protéines, plus précisément entre le domaine SH2 de SOCS1 et le domaine de transactivation de p53. SOCS1 interagit également, au niveau de son SOCS Box, avec les kinases ATM et ATR de la voie du dommage à l’ADN de façon à faciliter la phosphorylation de p53 en sérine 15. Ainsi, en interagissant à la fois avec p53 et ATM/ATR, SOCS1 contribue à la stabilisation et à l’activation de p53. En accord avec ce modèle, l’inhibition de SOCS1 dans des fibroblastes humains normaux tend à diminuer le nombre de cellules sénescentes suite à l’expression de l’oncogène ca-STAT5A et à réduire l’accumulation nucléaire de p53 dans ces cellules. De la même façon, les lymphocytes T provenant de souris Socs1-/-Ifnγ-/- sont moins susceptibles d’entrer en apoptose que les lymphocytes provenant de souris Socs1+/+Ifnγ+/+, suite à une exposition à des radiations. Dans les deux contextes, on observe une baisse de l’expression des gènes cibles de p53, ce qui démontre que SOCS1 est impliquée dans l’activation de p53 in vivo. Cette thèse a également pour but de mettre en évidence l’implication de SOCS1 dans l’activation d’autres facteurs de transcription et, par le fait même, de démontrer qu’elle peut agir comme un régulateur plus général de la transcription. Une étude approfondie de l’interaction entre SOCS1 et p53 a permis de démontrer que le domaine de transactivation II de p53 (acides aminés 36-67) est suffisant pour l’interaction. Plus précisément, il semble que le tryptophane 53 (W53) et la phénylalanine 54 (F54) sont les principaux résidus impliqués. Une analyse structurale de ce domaine de p53 a conduit à l’identification d’un motif conservé dans plusieurs autres facteurs de transcription pourvus d’un domaine de transactivation acide, dont p63, p73 et E2F1. En accord avec ces résultats, SOCS1 est en mesure d’interagir avec chacune des deux protéines. Ainsi, la capacité de SOCS1 d’interagir et de réguler l’activité de p53 peut s’étendre à d’autres facteurs de transcription. En terminant, le mécanisme présenté dans cette thèse contribue à la compréhension de la régulation de p53, le principal suppresseur de tumeur de la cellule. De plus, il met en évidence une nouvelle fonction de SOCS1, laquelle était jusqu’alors essentiellement connue pour inhiber la voie de signalisation JAK/STAT. Ce nouveau rôle pour SOCS1 permet d’expliquer de quelle manière une activation aberrante de la signalisation par les cytokines peut déclencher la sénescence ou l’apoptose. Enfin, le fait que SOCS1 puisse réguler différents facteurs de transcription permet de la qualifier de régulateur général des facteurs de transcription composés d’un domaine de transactivation acide.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.