Études fonctionnelles de deux nouvelles protéines centrosomales, NPHP5 et Cep76, et leurs implications dans les maladies humaines

Les centrosomes sont de petits organites qui régulent divers processus cellulaires comme la polarité ou la mitose dans les cellules de mammifères. Ils sont composés de deux centrioles entourés par une matrice péricentriolaire. Ces centrosomes sont les principaux centres organisateurs de microtubules. De plus, ils favorisent la formation de cils, des protubérances sur la surface des cellules quiescentes qui sont critiques pour la transduction du signal. Une grande variété de maladies humaines telles que les cancers ou les ciliopathies sont liées à un mauvais fonctionnement des centrosomes et des cils. C’est pourquoi le but de mes projets de recherche est de comprendre les mécanismes nécessaires à la biogénèse et au fonctionnement des centrosomes et des cils. Tout d'abord, j’ai caractérisé une nouvelle protéine centrosomale nommée nephrocystine - 5 (NPHP5). Cette protéine est localisée dans les cellules en interphase au niveau de la région distale des centrioles. Sa déplétion inhibe la migration des centrosomes à la surface cellulaire lors de l’étape précoce de la formation des cils. NPHP5 interagit avec la protéine CEP290 via sa région C-terminale qui est essentielle pour la ciliogenèse. Elle interagit également avec la calmoduline ce qui empêche son auto-agrégation. J’ai démontré que les domaines de liaison de NHPH5 à CEP290 et à la calmoduline, ainsi que son domaine de localisation centrosomale sont séparables. De plus, j’ai démontré que les protéines NPHP5 présentant des mutations pathogènes ne peuvent plus interagir avec CEP290 et ne sont plus localisées aux centrosomes, rendant ainsi ces protéines non fonctionnelles. Enfin, en utilisant une approche pharmacologique pour moduler les événements en aval dans la voie ciliogénique, j’ai montré que la formation des cils peut être restaurée même en absence de NPHP5. D’autre part, j’ai étudié le rôle de NPHP5 dans l'assemblage et le trafic du complexe BBSome dans le cil. Le BBSome est composé de huit sous-unités différentes qui s’assemblent en un complexe fonctionnel dont on sait peu de chose sur la régulation spatiotemporelle de son processus d'assemblage. J’ai précédemment montré que NPHP5 favorisait la formation des cils et que son dysfonctionnement contribuait au développement de néphronophtise (NPHP). Bien que la NPHP et le syndrome de Bardet-Biedl (BBS) soient des ciliopathies qui partagent des caractéristiques cliniques communes, la base moléculaire de ces ressemblances phénotypiques n’est pas comprise. J’ai constaté que NPHP5, localisé à la base du cil, contient deux sites de liaison distincts pour le BBSome. De plus, j’ai démontré que NPHP5 et son partenaire CEP290 interagissent de façon dynamique avec le BBSome pendant la transition de la prolifération à la quiescence. La déplétion de NPHP5 ou CEP290 conduit à la dissociation d’au moins deux sous-unités du BBSome formant alors un sous-complexe dont la capacité de migration dans le cil n’est pas compromise. J’ai montré que le transport des cargos vers le compartiment ciliaire par ce sous-complexe n’est que partiellement altéré. Enfin, j’ai également concentré mes recherches sur une autre protéine centrosomale peu caractérisée. La protéine centrosomale de 76 kDa (Cep76) a été précédemment impliquée dans le maintien d’une duplication unique des centrioles par cycle cellulaire, et dans une interaction avec la kinase cycline-dépendante 2 (CDK2). Cep76 est préférentiellement phosphorylée par le complexe cycline A/CDK2 sur le site unique S83. Cet événement est essentiel pour supprimer l'amplification des centrioles en phase S. J’ai démontré que Cep76 inhibe cette amplification en bloquant la phosphorylation de Plk1 au niveau des centrosomes. D’autre part, Cep76 peut être acétylée au site K279 en phase G2, ce qui régule négativement son activité et sa phosphorylation sur le site S83. Ces études permettent d'améliorer notre compréhension de la biologie des centrosomes et des cils et pourraient conduire au développement de nouvelles applications diagnostiques et thérapeutiques.

Laisser s'imposer l'être : appartenance et métaphysique des transcendantaux dans Vérité et méthode de H.-G. Gadamer.

L’herméneutique de Gadamer s’inscrit-elle dans la foulée de la critique heideggérienne de la métaphysique ? Devrait-on, par surcroit, la considérer comme une forme de nihilisme, où l’être serait réduit au langage et partant, à la pluralité des interprétations ? La présente étude vise plutôt à montrer, sous la conduite des indications de Gadamer lui-même, qu’il est impératif de reconnaître à son maître-ouvrage une dimension métaphysique certaine et cruciale et dont la portée consiste précisément à s’opposer aux interprétations nihiliste et nominaliste de notre rapport à l’être. Pour ce faire il sera d’abord établi que le concept d’appartenance (Zugehörigkeit) est le maître-concept de Vérité et méthode, comme l’avait vu Ricoeur, puis comment Gadamer rattache explicitement celui-ci à la métaphysique médiévale des transcendantaux, métaphysique qui demeure visible jusque dans les dernières conclusions de l’ouvrage qui traitent de la métaphysique de la lumière (Lichtmetaphysik). Nous verrons que c’est précisément à la lumière de cette proximité constante avec la métaphysique des transcendantaux qu’il faut comprendre la thèse de Gadamer à l’effet que l’être susceptible d’être compris est langage, de manière à y voir une affirmation soutenue de l’intelligibilité de l’être, comme l’avait d’ailleurs saisi Heidegger lui-même. Notre intention est ainsi de rendre perceptibles les sources et le cadre de cette métaphysique des transcendantaux, qui ont été négligés dans la réception de Gadamer. Nous porterons donc notre regard sur les sources médiévales de sa pensée que Gadamer connaît et commente, soit Thomas d’Aquin et Nicolas de Cues, mais aussi sur des auteurs moins connus de la tradition herméneutique, dont Philippe le Chancelier, auteur indispensable lorsqu’il s’agit de traiter de la métaphysique des transcendantaux à laquelle Gadamer se réfère. Cette enquête nous amènera à démontrer comment l’herméneutique de Gadamer s’inscrit dans la conception traditionnelle de la vérité comme adaequatio rei et intellectus, définition dont nous devons surtout à Thomas de l’avoir léguée à la postérité mais qu’ont aussi reprise les modernes, incluant Kant et Heidegger. C’est ainsi une nouvelle lecture du rapport de Gadamer à son maître Heidegger et à sa critique de la métaphysique qui résultera de cette archéologie des sources métaphysiques du concept d’appartenance ; il sera en effet démontré que l’héritage de Gadamer est à comprendre, de son propre aveu, en continuité et non en rupture avec la métaphysique. Enfin, fidèle à l’esprit herméneutique de l’application, nous éprouverons cette compréhension renouvelée du concept d’appartenance à l’aune d’une discussion de nature plus théologique, de manière à jeter un éclairage nouveau sur la fécondité de l’herméneutique gadamérienne dans le contexte de la théologie moderne. C’est ainsi que le concept de foi, compris habituellement dans le cadre imposé par la métaphysique moderne de la subjectivité qui le réduit à une « croyance » ou à un « choix personnel », sera mis à l’épreuve du tournant ontologique pris par l’herméneutique avec Gadamer et qui incite à dépasser la dichotomie entre le sujet et son objet en pensant le sujet à partir de l’être. C’est une compréhension de la foi comme appartenance, au sens précis que Gadamer donne à ce concept, qui sera ici mise au jour.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.

La querelle des universaux : analyse comparative de l’Isagôgè et du Commentaire aux Catégories d’Aristote de Porphyre

Le présent article propose une analyse comparative de l’Isagôgè et du Commentaire aux Catégories d’Aristote de Porphyre. Il s’agira de déterminer si le Commentaire aux Catégories d’Aristote permet de jeter quelque lumière sur le questionnaire porphyrien ou de trancher le débat qui a mené à la célèbre querelle des universaux.

Modulation allostérique du récepteur FP dans le cancer colorectal

Les prostaglandines modulent d’importants rôles physiologiques. Elles sont aussi impliquées dans le développement d’une variété de conditions pathologiques telles l’inflammation, la douleur et le cancer. La prostaglandine PGF2α et son récepteur (récepteur FP) se trouvent impliqué dans la modulation de nombreuses pathologies tels lors de l’accouchement préterme et le cancer colorectal. Récemment, nous avons fait partie d’un groupe de recherche ayant développé des modulateurs allostériques du récepteur FP. Dans une première étude, l’action du PGF2α sur le déclenchement des contractions myométriales a été évaluée, car peu d’information est connue sur la signalisation de cette prostaglandine lors de l’accouchement. Ainsi, nous avons utilisé un peptidomimétique de la deuxième boucle extracellulaire, dénommée PDC113.824. Nos résultats ont démontré que le PDC113.824 permettait de retarder la mise bas chez des souris gestantes, mais agissait de manière différente sur les multiples voies de signalisation de la PGF2α. Ainsi, le PDC113.824 inhibait la voie RhoA-ROCK, dépendante de l’activation de la protéine Gα12 par le. Les protéines RhoA-ROCK sont des acteurs clés dans le remodelage du cytosquelette d’actine et des contractions myométriales lors de l’accouchement. De plus, le PDC113.824 en présence de PGF2α agit comme un modulateur positif sur la voie dépendante de l’activation de la protéine Gαq. Le PDC113.824 serait donc un modulateur allostérique non compétitif possédant des actions à la fois de modulateurs positifs et négatifs sur la signalisation du récepteur FP Dans une seconde étude, des analogues du PDC113.824 ont été conçus et analysés dans un second modèle pathologique, le cancer colorectal. Ce cancer possède de hauts niveaux de récepteur FP. Nous avons donc étudié le rôle du récepteur FP dans le développement et la progression du cancer colorectal et l’effet de modulateurs allostériques. Il est généralement accepté que dans le cancer colorectal, la prostaglandine PGE2 permet la croissance et l’invasion tumorale, ainsi que l’angiogenèse. Toutefois, peu d’informations sont connues sur le rôle du PGF2α dans le cancer colorectal. C’est dans ce contexte que nous avons décidé d’examiner la contribution de ce récepteur dans la progression du cancer colorectal et cherché à déterminer si la modulation des fonctions du récepteur FP a un impact sur la croissance de tumeurs colorectales. Nos recherches ont révélé que l’activation du récepteur FP permet la migration et la prolifération de plusieurs lignées cellulaires humaines et murines d’adénocarcinomes colorectaux. Dans ce contexte, nos expériences ont démontré que la migration des cellules cancéreuses était dépendante de l’activation de la voie Rho. Nos résultats démontrent qu’en effet, l’activation de RhoA, une petite GTPase clé de la voie Gα12, est inhibée de façon sélective par nos composés. De plus, nos molécules allostériques sont également efficaces pour inhiber la voie de signalisation de la ß-caténine, une protéine impliquée dans la genèse du cancer colorectal. In vivo, le traitement de souris avec un des ces modulateurs a permis une inhibition effective de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent donc que les modulateurs allostériques des récepteurs FP pourraient constituer une nouvelle classe de médicaments utilisés pour le traitement du cancer colorectal.

G-protein-coupled-receptor-mediated presynaptic inhibition in the cerebellum

Throughout the central nervous system a dominant form of inhibition of neurotransmitter release from presynaptic terminals is mediated by G-protein-coupled receptors (GPCRs). Neurotransmitter release is typically induced by action potentials (APs), but can also occur spontaneously. Presynaptic inhibition by GPCRs has been associated with modulation of voltage-dependent ion channels. However, electrophysiological recordings of spontaneous, AP-independent (so-called ‘miniature’) postsynaptic events reveal an additional, important form of GPCR-mediated presynaptic inhibition, distinct from effects on ionic conductances and consistent with a direct action on the vesicle release machinery. Recent studies suggest that such miniature events might be of physiological relevance not only in signalling but also in development. In the cerebellum, neurotransmitter release onto Purkinje cells occurs by AP-dependent and AP-independent pathways. Here, I focus on inhibitory synapses between interneurons and Purkinje cells, which are subject to strong, identifiable regulation by endogenous GPCR agonists, to consider mechanisms of GPCR-mediated presynaptic inhibition.

Agonist binding, agonist affinity and agonist efficacy at G protein-coupled receptors

Measurements of affinity and efficacy are fundamental for work on agonists both in drug discovery and in basic studies on receptors. In this review I wish to consider methods for measuring affinity and efficacy at G protein coupled receptors (GPCRs). Agonist affinity may be estimated in terms of the dissociation constant for agonist binding to a receptor using ligand binding or functional assays. It has, however, been suggested that measurements of affinity are always contaminated by efficacy so that it is impossible to separate the two parameters. Here I show that for many GPCRs, if receptor/G protein coupling is suppressed, experimental measurements of agonist affinity using ligand binding (K-obs) provide quite accurate measures of the agonist microscopic dissociation constant (K-A). Also in pharmacological functional studies, good estimates of agonist dissociation constants are possible. Efficacy can be quantitated in several ways based on functional data ( maximal effect of the agonist (E-max), ratio of agonist dissociation constant to concentration of agonist giving half maximal effect in functional assay ( K-obs/ EC50), a combined parameter EmaxKobs/EC50). Here I show that EmaxKobs/EC50 provides the best assessment of efficacy for a range of agonists across the full range of efficacy for full to partial agonists. Considerable evidence now suggests that ligand efficacy may be dependent on the pathway used to assess it. The efficacy of a ligand may, therefore, be multidimensional. It is still, however, necessary to have accurate measures of efficacy in different pathways.

G protein ss gamma subunits mediate presynaptic inhibition of transmitter release from rat superior cervical ganglion neurones in culture

The activation of presynaptic G protein-coupled receptors (GPCRs) is widely reported to inhibit transmitter release; however, the lack of accessibility of many presynaptic terminals has limited direct analysis of signalling mediators. We studied GPCR-mediated inhibition of fast cholinergic transmission between superior cervical ganglion neurones (SCGNs) in culture. The adrenoceptor agonist noradrenaline (NA) caused a dose-related reduction in evoked excitatory postsynaptic potentials (EPSPs). NA-induced EPSP decrease was accompanied by effects on the presynaptic action potential (AP), reducing AP duration and amplitude of the after-hyperpolarization (AHP), without affecting the pre- and postsynaptic membrane potential. All effects of NA were blocked by yohimbine and synaptic transmission was reduced by clonidine, consistent with an action at presynaptic alpha 2-adrenoceptors. NA-induced inhibition of transmission was sensitive to pre-incubation of SCGNs with pertussis toxin (PTX), implicating the involvement of G alpha(i)/(o)beta y subunits. Expression of G alpha transducin, an agent which sequesters G protein beta gamma (G beta y) subunits, in the presynaptic neurone caused a time-dependent attenuation of NA-induced inhibition. Injection of purified G beta gamma subunits into the presynaptic neurone inhibited transmission, and also reduced the AHP amplitude. Furthermore, NA-induced inhibition was occluded by pre-injection of G beta gamma subunits. The Ca2+ channel blocker Cd2+ mimicked NA effects on transmitter release. Cd2+, NA and G beta gamma subunits also inhibited somatic Ca2+ current. In contrast to effects on AP-evoked transmitter release, NA had no clear action on AP-independent EPSPs induced by hypertonic solutions. These results demonstrate that G beta gamma subunits functionally mediate inhibition of transmitter release by alpha 2-adrenoceptors and represent important regulators of synaptic transmission at mammalian presynaptic terminals.

Inhibition of synaptic transmission and G protein modulation by synthetic CaV2.2 Ca2+ channel peptides

Abstract: Modulation of presynaptic voltage-dependent Ca+ channels is a major means of controlling neurotransmitter release. The CaV 2.2 Ca2+ channel subunit contains several inhibitory interaction sites for Gβγ subunits, including the amino terminal (NT) and I–II loop. The NT and I–II loop have also been proposed to undergo a G protein-gated inhibitory interaction, whilst the NT itself has also been proposed to suppress CaV 2 channel activity. Here, we investigate the effects of an amino terminal (CaV 2.2[45–55]) ‘NT peptide’ and a I–II loop alpha interaction domain (CaV 2.2[377–393]) ‘AID peptide’ on synaptic transmission, Ca2+ channel activity and G protein modulation in superior cervical ganglion neurones (SCGNs). Presynaptic injection of NT or AID peptide into SCGN synapses inhibited synaptic transmission and also attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. In isolated SCGNs, NT and AID peptides reduced whole-cell Ca2+ current amplitude, modified voltage dependence of Ca2+ channel activation and attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. Co-application of NT and AID peptide negated inhibitory actions. Together, these data favour direct peptide interaction with presynaptic Ca2+ channels, with effects on current amplitude and gating representing likely mechanisms responsible for inhibition of synaptic transmission. Mutations to residues reported as determinants of Ca2+ channel function within the NT peptide negated inhibitory effects on synaptic transmission, Ca2+ current amplitude and gating and G protein modulation. A mutation within the proposed QXXER motif for G protein modulation did not abolish inhibitory effects of the AID peptide. This study suggests that the CaV 2.2 amino terminal and I–II loop contribute molecular determinants for Ca2+ channel function; the data favour a direct interaction of peptides with Ca2+ channels to inhibit synaptic transmission and attenuate G protein modulation. Non-technical summary: Nerve cells (neurones) in the body communicate with each other by releasing chemicals (neurotransmitters) which act on proteins called receptors. An important group of receptors (called G protein coupled receptors, GPCRs) regulate the release of neurotransmitters by an action on the ion channels that let calcium into the cell. Here, we show for the first time that small peptides based on specific regions of calcium ion channels involved in GPCR signalling can themselves inhibit nerve cell communication. We show that these peptides act directly on calcium channels to make them more difficult to open and thus reduce calcium influx into native neurones. These peptides also reduce GPCR-mediated signalling. This work is important in increasing our knowledge about modulation of the calcium ion channel protein; such knowledge may help in the development of drugs to prevent signalling in pathways such as those involved in pain perception.

Roles of proteolysis in regulation of G protein-coupled receptor function

The enzymatic activity of peptidases must be tightly regulated to prevent uncontrolled hydrolysis of peptide bonds, which could have devastating effects in biological systems. Peptidases are often generated as inactive propeptidases, secreted with endogenous inhibitors or they are compartmentalized. Propeptidases become active after proteolytic removal of N-terminal activation peptides by other peptidases. Some peptidases only become active towards substrates only at certain pHs, thus confining activity to specific compartments or conditions. This review discusses the different roles proteolysis plays in regulating G protein-coupled receptors (GPCRs). At the cell-surface, certain GPCRs are regulated by the hydrolytic inactivation of bioactive peptides by membrane-anchored peptidases, which prevents signaling. Conversely, cell-surface peptidases can also generate bioactive peptides that directly activate GPCRs. Alternatively, cell-surface peptidases activated by GPCRs, can generate bioactive peptides to cause transactivation of receptor tyrosine kinases, thereby promoting signaling. Certain peptidases can signals directly to cells, by cleaving GPCR to initiate intracellular signaling cascades. Intracellular peptidases also regulate GPCRs; lysosomal peptidases destroy GPCRs in lysosomes to permanently terminate signaling and mediate downregulation; endosomal peptidases cleave internalized peptide agonists to regulate GPCR recycling, resensitization and signaling; and soluble intracellular peptidases also participate in GPCR function by regulating the ubiquitination state of GPCRs, thereby altering GPCR signaling and fate. Although the use of peptidase inhibitors has already brought success in the treatment of diseases such as hypertension, the discovery of new regulatory mechanisms involving proteolysis that control GPCRs may provide additional targets to modulate dysregulated GPCR signaling in disease.

Trafficking and signaling of G protein-coupled receptors in the nervous system: implications for disease and therapy

G protein-coupled receptors (GPCRs) are expressed throughout the nervous system where they regulate multiple physiological processes, participate in neurological diseases, and are major targets for therapy. Given that many GPCRs respond to neurotransmitters and hormones that are present in the extracellular fluid and which do not readily cross the plasma membrane, receptor trafficking to and from the plasma membrane is a critically important determinant of cellular responsiveness. Moreover, trafficking of GPCRs throughout the endosomal system can initiate signaling events that are mechanistically and functionally distinct from those operating at the plasma membrane. This review discusses recent advances in the relationship between signaling and trafficking of GPCRs in the nervous system. It summarizes how receptor modifications influence trafficking, discusses mechanisms that regulate GPCR trafficking to and from the plasma membrane, reviews the relationship between trafficking and signaling, and considers the implications of GPCR trafficking to drug development.

G protein-coupled receptors: what a difference a 'partner' makes

G protein-coupled receptors (GPCRs) are important cell signaling mediators, involved in essential physiological processes. GPCRs respond to a wide variety of ligands from light to large macromolecules, including hormones and small peptides. Unfortunately, mutations and dysregulation of GPCRs that induce a loss of function or alter expression can lead to disorders that are sometimes lethal. Therefore, the expression, trafficking, signaling and desensitization of GPCRs must be tightly regulated by different cellular systems to prevent disease. Although there is substantial knowledge regarding the mechanisms that regulate the desensitization and down-regulation of GPCRs, less is known about the mechanisms that regulate the trafficking and cell-surface expression of newly synthesized GPCRs. More recently, there is accumulating evidence that suggests certain GPCRs are able to interact with specific proteins that can completely change their fate and function. These interactions add on another level of regulation and flexibility between different tissue/cell-types. Here, we review some of the main interacting proteins of GPCRs. A greater understanding of the mechanisms regulating their interactions may lead to the discovery of new drug targets for therapy.