Regulation of membrane trafficking and organ separation by the NEVERSHED ARF-GAP protein.

Cell separation, or abscission, is a highly specialized process in plants that facilitates remodeling of their architecture and reproductive success. Because few genes are known to be essential for organ abscission, we conducted a screen for mutations that alter floral organ shedding in Arabidopsis. Nine recessive mutations that block shedding were found to disrupt the function of an ADP-ribosylation factor-GTPase-activating protein (ARF-GAP) we have named NEVERSHED (NEV). As predicted by its homology to the yeast Age2 ARF-GAP and transcriptional profile, NEV influences other aspects of plant development, including fruit growth. Co-localization experiments carried out with NEV-specific antiserum and a set of plant endomembrane markers revealed that NEV localizes to the trans-Golgi network and endosomes in Arabidopsis root epidermal cells. Interestingly, transmission electron micrographs of abscission zone regions from wild-type and nev flowers reveal defects in the structure of the Golgi apparatus and extensive accumulation of vesicles adjacent to the cell walls. Our results suggest that NEV ARF-GAP activity at the trans-Golgi network and distinct endosomal compartments is required for the proper trafficking of cargo molecules required for cell separation.

Genetic evidence that the higher plant Rab-D1 and Rab-D2 GTPases exhibit distinct but overlapping interactions in the early secretory pathway.

GTPases of the Rab1 subclass are essential for membrane traffic between the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi complex in animals, fungi and plants. Rab1-related proteins in higher plants are unusual because sequence comparisons divide them into two putative subclasses, Rab-D1 and Rab-D2, that are conserved in monocots and dicots. We tested the hypothesis that the Rab-D1 and Rab-D2 proteins of Arabidopsis represent functionally distinct groups. RAB-D1 and RAB-D2a each targeted fluorescent proteins to the same punctate structures associated with the Golgi stacks and trans-Golgi-network. Dominant-inhibitory N121I mutants of each protein inhibited traffic of diverse cargo proteins at the ER but they appeared to act via distinct biochemical pathways as biosynthetic traffic in cells expressing either of the N121I mutants could be restored by coexpressing the wild-type form of the same subclass but not the other subclass. The same interaction was observed in transgenic seedlings expressing RAB-D1 [N121I]. Insertional mutants confirmed that the three Arabidopsis Rab-D2 genes were extensively redundant and collectively performed an essential function that could not be provided by RAB-D1, which was non-essential. However, plants lacking RAB-D1, RAB-D2b and RAB-D2c were short and bushy with low fertility, indicating that the Rab-D1 and Rab-D2 subclasses have overlapping functions.

Securin and separase modulate membrane traffic by affecting endosomal acidification.

Securin and separase play a key role in sister chromatid separation during anaphase. However, a growing body of evidence suggests that in addition to regulating chromosome segregation, securin and separase display functions implicated in membrane traffic in Caenorhabditis elegans and Drosophila. Here we show that in mammalian cells both securin and separase associate with membranes and that depletion of either protein causes robust swelling of the trans-Golgi network (TGN) along with the appearance of large endocytic vesicles in the perinuclear region. These changes are accompanied by diminished constitutive protein secretion as well as impaired receptor recycling and degradation. Unexpectedly, cells depleted of securin or separase display defective acidification of early endosomes and increased membrane recruitment of vacuolar (V-) ATPase complexes, mimicking the effect of the specific V-ATPase inhibitor Bafilomycin A1. Taken together, our findings identify a new functional role of securin and separase in the modulation of membrane traffic and protein secretion that implicates regulation of V-ATPase assembly and function.

Changes in the enterocyte cytoskeleton in newborn rats exposed to ethanol in utero

BACKGROUND: Cytoskeletal changes after longterm exposure to ethanol have been described in a number of cell types in adult rat and humans. These changes can play a key part in the impairment of nutrient assimilation and postnatal growth retardation after prenatal damage of the intestinal epithelium produced by ethanol intake. AIMS: To determine, in the newborn rat, which cytoskeletal proteins are affected by longterm ethanol exposure in utero and to what extent. ANIMALS: The offspring of two experimental groups of female Wistar rats: ethanol treated group receiving up to 25% (w/v) of ethanol in the drinking fluid and control group receiving water as drinking fluid. METHODS: Single and double electron microscopy immunolocalisation and label density estimation of cytoskeletal proteins on sections of proximal small intestine incubated with monoclonal antibodies against actin, alpha-tubulin, cytokeratin (polypeptides 1, 5, 6, 7, 8, 10, 11, and 18), and with a polyclonal antibody anti-beta 1,4-galactosyl transferase as trans golgi (TG) or trans golgi network (TGN) marker, or both. SDS-PAGE technique was also performed on cytoskeletal enriched fractions from small intestine. Western blotting analysis was carried out by incubation with the same antibodies used for immunolocalisation. RESULTS: Intestinal epithelium of newborn rats from the ethanol treated group showed an overexpression of cytoskeletal polypeptides ranging from 39 to 54 kDa, affecting actin and some cytokeratins, but not tubulin. Furthermore, a cytokeratin related polypeptide of 28-29 kDa was identified together with an increase in free ubiquitin in the same group. It was noteworthy that actin and cytokeratin were abnormally located in the TG or the TGN, or both. CONCLUSIONS: Longterm exposure to ethanol in utero causes severe dysfunction in the cytoskeleton of the developing intestinal epithelium. Actin and cytokeratins, which are involved in cytoskeleton anchoring to plasma membrane and cell adhesion, are particularly affected, showing overexpression, impaired proteolysis, and mislocalisation.

Clathrin Assembly Lymphoid Myeloid Leukemia (CALM) Protein: Localization in Endocytic-coated Pits, Interactions with Clathrin, and the Impact of Overexpression on Clathrin-mediated Traffic

The clathrin assembly lymphoid myeloid leukemia (CALM) gene encodes a putative homologue of the clathrin assembly synaptic protein AP180. Hence the biochemical properties, the subcellular localization, and the role in endocytosis of a CALM protein were studied. In vitro binding and coimmunoprecipitation demonstrated that the clathrin heavy chain is the major binding partner of CALM. The bulk of cellular CALM was associated with the membrane fractions of the cell and localized to clathrin-coated areas of the plasma membrane. In the membrane fraction, CALM was present at near stoichiometric amounts relative to clathrin. To perform structure-function analysis of CALM, we engineered chimeric fusion proteins of CALM and its fragments with the green fluorescent protein (GFP). GFP-CALM was targeted to the plasma membrane-coated pits and also found colocalized with clathrin in the Golgi area. High levels of expression of GFP-CALM or its fragments with clathrin-binding activity inhibited the endocytosis of transferrin and epidermal growth factor receptors and altered the steady-state distribution of the mannose-6-phosphate receptor in the cell. In addition, GFP-CALM overexpression caused the loss of clathrin accumulation in the trans-Golgi network area, whereas the localization of the clathrin adaptor protein complex 1 in the trans-Golgi network remained unaffected. The ability of the GFP-tagged fragments of CALM to affect clathrin-mediated processes correlated with the targeting of the fragments to clathrin-coated areas and their clathrin-binding capacities. Clathrin-CALM interaction seems to be regulated by multiple contact interfaces. The C-terminal part of CALM binds clathrin heavy chain, although the full-length protein exhibited maximal ability for interaction. Altogether, the data suggest that CALM is an important component of coated pit internalization machinery, possibly involved in the regulation of clathrin recruitment to the membrane and/or the formation of the coated pit.

Changes in the enterocyte cytoskeleton in newborn rats exposed to ethanol in utero

BACKGROUND: Cytoskeletal changes after longterm exposure to ethanol have been described in a number of cell types in adult rat and humans. These changes can play a key part in the impairment of nutrient assimilation and postnatal growth retardation after prenatal damage of the intestinal epithelium produced by ethanol intake. AIMS: To determine, in the newborn rat, which cytoskeletal proteins are affected by longterm ethanol exposure in utero and to what extent. ANIMALS: The offspring of two experimental groups of female Wistar rats: ethanol treated group receiving up to 25% (w/v) of ethanol in the drinking fluid and control group receiving water as drinking fluid. METHODS: Single and double electron microscopy immunolocalisation and label density estimation of cytoskeletal proteins on sections of proximal small intestine incubated with monoclonal antibodies against actin, alpha-tubulin, cytokeratin (polypeptides 1, 5, 6, 7, 8, 10, 11, and 18), and with a polyclonal antibody anti-beta 1,4-galactosyl transferase as trans golgi (TG) or trans golgi network (TGN) marker, or both. SDS-PAGE technique was also performed on cytoskeletal enriched fractions from small intestine. Western blotting analysis was carried out by incubation with the same antibodies used for immunolocalisation. RESULTS: Intestinal epithelium of newborn rats from the ethanol treated group showed an overexpression of cytoskeletal polypeptides ranging from 39 to 54 kDa, affecting actin and some cytokeratins, but not tubulin. Furthermore, a cytokeratin related polypeptide of 28-29 kDa was identified together with an increase in free ubiquitin in the same group. It was noteworthy that actin and cytokeratin were abnormally located in the TG or the TGN, or both. CONCLUSIONS: Longterm exposure to ethanol in utero causes severe dysfunction in the cytoskeleton of the developing intestinal epithelium. Actin and cytokeratins, which are involved in cytoskeleton anchoring to plasma membrane and cell adhesion, are particularly affected, showing overexpression, impaired proteolysis, and mislocalisation.

VPS35 mutations in Parkinson disease.

The identification of genetic causes for Mendelian disorders has been based on the collection of multi-incident families, linkage analysis, and sequencing of genes in candidate intervals. This study describes the application of next-generation sequencing technologies to a Swiss kindred presenting with autosomal-dominant, late-onset Parkinson disease (PD). The family has tremor-predominant dopa-responsive parkinsonism with a mean onset of 50.6 ± 7.3 years. Exome analysis suggests that an aspartic-acid-to-asparagine mutation within vacuolar protein sorting 35 (VPS35 c.1858G>A; p.Asp620Asn) is the genetic determinant of disease. VPS35 is a central component of the retromer cargo-recognition complex, is critical for endosome-trans-golgi trafficking and membrane-protein recycling, and is evolutionarily highly conserved. VPS35 c.1858G>A was found in all affected members of the Swiss kindred and in three more families and one patient with sporadic PD, but it was not observed in 3,309 controls. Further sequencing of familial affected probands revealed only one other missense variant, VPS35 c.946C>T; (p.Pro316Ser), in a pedigree with one unaffected and two affected carriers, and thus the pathogenicity of this mutation remains uncertain. Retromer-mediated sorting and transport is best characterized for acid hydrolase receptors. However, the complex has many types of cargo and is involved in a diverse array of biologic pathways from developmental Wnt signaling to lysosome biogenesis. Our study implicates disruption of VPS35 and retromer-mediated trans-membrane protein sorting, rescue, and recycling in the neurodegenerative process leading to PD.

GLUT8 subcellular localization and absence of translocation to the plasma membrane in PC12 cells and hippocampal neurons.

GLUT8 is a high-affinity glucose transporter present mostly in testes and a subset of brain neurons. At the cellular level, it is found in a poorly defined intracellular compartment in which it is retained by an N-terminal dileucine motif. Here we assessed GLUT8 colocalization with markers for different cellular compartments and searched for signals, which could trigger its cell surface expression. We showed that when expressed in PC12 cells, GLUT8 was located in a perinuclear compartment in which it showed partial colocalization with markers for the endoplasmic reticulum but not with markers for the trans-Golgi network, early endosomes, lysosomes, and synaptic-like vesicles. To evaluate its presence at the plasma membrane, we generated a recombinant adenovirus for the expression of GLUT8 containing an extracellular myc epitope. Cell surface expression was evaluated by immunofluorescence microscopy of transduced PC12 cells or primary hippocampal neurons exposed to different stimuli. Those included substances inducing depolarization, activation of protein kinase A and C, activation or inhibition of tyrosine kinase-linked signaling pathways, glucose deprivation, AMP-activated protein kinase stimulation, and osmotic shock. None of these stimuli-induced GLUT8 cell surface translocation. Furthermore, when GLUT8myc was cotransduced with a dominant-negative form of dynamin or GLUT8myc-expressing PC-12 cells or neurons were incubated with an anti-myc antibody, no evidence for constitutive recycling of the transporter through the cell surface could be obtained. Thus, in cells normally expressing it, GLUT8 was associated with a specific intracellular compartment in which it may play an as-yet-uncharacterized role.

Rab3D is critical for secretory granule maturation in PC12 cells.

Neuropeptide- and hormone-containing secretory granules (SGs) are synthesized at the trans-Golgi network (TGN) as immature secretory granules (ISGs) and complete their maturation in the F-actin-rich cell cortex. This maturation process is characterized by acidification-dependent processing of cargo proteins, condensation of the SG matrix and removal of membrane and proteins not destined to mature secretory granules (MSGs). Here we addressed a potential role of Rab3 isoforms in these maturation steps by expressing their nucleotide-binding deficient mutants in PC12 cells. Our data show that the presence of Rab3D(N135I) decreases the restriction of maturing SGs to the F-actin-rich cell cortex, blocks the removal of the endoprotease furin from SGs and impedes the processing of the luminal SG protein secretogranin II. This strongly suggests that Rab3D is implicated in the subcellular localization and maturation of ISGs.

Cholesterol regulates Syntaxin 6 trafficking at the TGN-endosomal boundaries

Inhibition of cholesterol export from late endosomes causes cellular cholesterol imbalance, including cholesterol depletion in the trans-Golgi network (TGN). Here, using Chinese hamster ovary (CHO) Niemann-Pick type C1 (NPC1) mutant cell lines and human NPC1 mutant fibroblasts, we show that altered cholesterol levels at the TGN/endosome boundaries trigger Syntaxin 6 (Stx6) accumulation into VAMP3, transferrin, and Rab11-positive recycling endosomes (REs). This increases Stx6/VAMP3 interaction and interferes with the recycling of αVβ3 and α5β1 integrins and cell migration, possibly in a Stx6-dependent manner. In NPC1 mutant cells, restoration of cholesterol levels in the TGN, but not inhibition of VAMP3, restores the steady-state localization of Stx6 in the TGN. Furthermore, elevation of RE cholesterol is associated with increased amounts of Stx6 in RE. Hence, the fine-tuning of cholesterol levels at the TGN-RE boundaries together with a subset of cholesterol-sensitive SNARE proteins may play a regulatory role in cell migration and invasion.

The EXS Domain of PHO1 Participates in the Response of Shoots to Phosphate Deficiency via a Root-to-Shoot Signal.

The response of shoots to phosphate (Pi) deficiency implicates long-distance communication between roots and shoots, but the participating components are poorly understood. We have studied the topology of the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) PHOSPHATE1 (PHO1) Pi exporter and defined the functions of its different domains in Pi homeostasis and signaling. The results indicate that the amino and carboxyl termini of PHO1 are both oriented toward the cytosol and that the protein spans the membrane twice in the EXS domain, resulting in a total of six transmembrane α-helices. Using transient expression in Nicotiana benthamiana leaf, we demonstrated that the EXS domain of PHO1 is essential for Pi export activity and proper localization to the Golgi and trans-Golgi network, although the EXS domain by itself cannot mediate Pi export. In contrast, removal of the amino-terminal hydrophilic SPX domain does not affect the Pi export capacity of the truncated PHO1 in N. benthamiana. While the Arabidopsis pho1 mutant has low shoot Pi and shows all the hallmarks associated with Pi deficiency, including poor shoot growth and overexpression of numerous Pi deficiency-responsive genes, expression of only the EXS domain of PHO1 in the roots of the pho1 mutant results in a remarkable improvement of shoot growth despite low shoot Pi. Transcriptomic analysis of pho1 expressing the EXS domain indicates an attenuation of the Pi signaling cascade and the up-regulation of genes involved in cell wall synthesis and the synthesis or response to several phytohormones in leaves as well as an altered expression of genes responsive to abscisic acid in roots.

Vesicular Trafficking in Osteoclasts

Osteoclasts are multinucleated bone-degrading cells that undergo large changes in their polarisation and vesicular trafficking during the bone resorption cycle. Rab proteins are small GTPases that offer both temporal and spatial regulation to the transport between membranous organelles. Previously the presence and function of only few of the currently known 60 Rab proteins in osteoclasts have been reported. In this study, the expression of 26 Rab genes in bone-resorbing osteoclasts was demonstrated with gene-specific primer pairs. The further analysis of three Rab genes during human osteoclast differentiation revealed that Rab13 gene is highly induced during osteoclastogenesis. The presence of Rab13 protein in the secretory vesicles directed towards the ruffled border and in the endocytotic or transcytotic pathways in resorbing osteoclasts was excluded. The localisation of Rab13 suggests that that it is associated with a previously unknown vesicle population travelling between the trans-Golgi network and the basolateral membrane in bone resorbing osteoclasts. Rab proteins convey their functions by binding to specific effector proteins. We found a novel Rab13 interaction with endospanins-1 and -2 that are yet poorly characterised small transmembrane proteins. The Rab13 subfamily member Rab8 also bound to endospanins, while Rab10 and unrelated Rabs did not. Rab13 and endospanin-2 co-localised in perinuclear vesicles in transfected cells, demonstrating the interaction also in vivo. The inhibition of Rab13 did not interfere with the localisation of endospanin-2 nor did it affect the cell surface expression of growth hormone receptor, as has been previously described for endospanins. The physiological role of this novel protein-protein interaction thus remains to be clarified. The analysis of the transcytotic route in bone resorbing osteoclasts revealed that multiple vesicle populations arise from the ruffled border and transport the bone degradation products for exocytosis. These vesicles are directed to the functional secretory domain that is encircled by an actin-based molecular barrier. Furthermore, the transcytotic vesicles contain abundant Helix pomatia lectin binding sites and represent lipid raft concentrates. Finally, autophagosomal compartments may also be involved in the transcytosis.

Étude de la sortie du virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) hors du noyau

Le virus herpès simplex de type 1 (HSV 1) affecte la majorité de la population mondiale. HSV 1 cause de multiples symptômes délétères dont les plus communs sont les lésions orofaciales usuellement appelées feux sauvages. Le virus peut aussi causer des effets plus sérieux comme la cécité ou des troubles neurologiques. Le virus réside de façon permanente dans le corps de son hôte. Malgré l’existence de nombreux traitements pour atténuer les symptômes causés par HSV 1, aucun médicament ne peut éliminer le virus. Dans le but d’améliorer les connaissances concernant le cycle viral de HSV 1, ce projet cible l’étude du transport du virus dans la cellule hôte. Ce projet aura permis la collecte d’informations concernant le modus operandi de HSV 1 pour sortir des compartiments cellulaires où il séjourne. Les différentes expérimentations ont permis de publier 3 articles dont un article qui a été choisi parmi les meilleurs papiers par les éditeurs de « Journal of Virology » ainsi qu’un 4e article qui a été soumis. Premièrement, un essai in vitro reproduisant la sortie de HSV 1 du noyau a été mis sur pied, via l’isolation de noyaux issus de cellules infectées. Nous avons démontré que tout comme dans les cellules entières, les capsides s’évadent des noyaux isolés dans l’essai in vitro en bourgeonnant avec la membrane nucléaire interne, puis en s’accumulant sous forme de capsides enveloppées entre les deux membranes nucléaires pour finalement être relâchées dans le cytoplasme exclusivement sous une forme non enveloppée. Ces observations appuient le modèle de transport de dé-enveloppement/ré-enveloppement. Deuxièmement, dans le but d’identifier des joueurs clefs viraux impliqués dans la sortie nucléaire du virus, les protéines virales associées aux capsides relâchées par le noyau ont été examinées. La morphologie multicouche du virus HSV 1 comprend un génome d’ADN, une capside, le tégument et une enveloppe. Le tégument est un ensemble de protéines virales qui sont ajoutées séquentiellement sur la particule virale. La séquence d’ajout des téguments de même que les sites intracellulaires où a lieu la tégumentation sont l’objet d’intenses recherches. L’essai in vitro a été utilisé pour étudier cette tégumentation. Les données recueillies suggèrent un processus séquentiel qui implique l’acquisition des protéines UL36, UL37, ICP0, ICP8, UL41, UL42, US3 et possiblement ICP4 sur les capsides relâchées par le noyau. Troisièmement, pour obtenir davantage d’informations concernant la sortie de HSV 1 des compartiments membranaires de la cellule hôte, la sortie de HSV 1 du réseau trans golgien (TGN) a aussi été étudiée. L’étude a révélé l’implication de la protéine kinase D cellulaire (PKD) dans le transport post-TGN de HSV 1. PKD est connue pour réguler le transport de petits cargos et son implication dans le transport de HSV 1 met en lumière l’utilisation d’une machinerie commune pour le transport des petits et gros cargos en aval du TGN. Le TGN n’est donc pas seulement une station de triage, mais est aussi un point de rencontre pour différentes voies de transport intracellulaire. Tous ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du processus complexe de maturation du virus HSV 1, ce qui pourrait mener au développement de meilleurs traitements pour combattre le virus. Les données amassées concernant le virus HSV 1 pourraient aussi être appliquées à d’autres virus. En plus de leur pertinence dans le domaine de la virologie, les découvertes issues de ce projet apportent également de nouveaux détails au niveau du transport intracellulaire.

Contribution de la Glycoprotéine M dans la Sortie de HSV-1

Le Virus Herpès Simplex de type 1 (HSV-1) est un agent infectieux qui cause l’herpès chez une grande proportion de la population mondiale. L’herpès est généralement considéré comme une maladie bénigne dont la forme la plus commune est l'herpès labial (communément appelé « bouton de fièvre »), mais elle peut se révéler très sérieuse et causer la cécité et l’encéphalite, voir létale dans certain cas. Le virus persiste toute la vie dans le corps de son hôte. Jusqu'à présent, aucun traitement ne peut éliminer le virus et aucun vaccin n’a été prouvé efficace pour contrôler l’infection herpétique. HSV-1 est un virus avec un génome d’ADN bicaténaire contenu dans une capside icosaèdrale entourée d’une enveloppe lipidique. Treize glycoprotéines virales se trouvent dans cette enveloppe et sont connues ou supposées jouer des rôles distincts dans différentes étapes du cycle de réplication viral, incluant l'attachement, l'entrée, l’assemblage, et la propagation des virus. La glycoprotéine M (gM) qui figure parmi ces glycoprotéines d’enveloppe, est la seule glycoprotéine non essentielle mais est conservée dans toute la famille herpesviridae. Récemment, l’homologue de gM dans le Pseudorabies virus (PRV), un autre herpesvirus, a été impliqué dans la phase finale de l’assemblage (i.e. l’enveloppement cytoplasmique) au niveau du réseau trans-Golgi (TGN) en reconnaissant spécifiquement des protéines tégumentaires et d’autres glycoprotéines d’enveloppe ([1]). Toutefois, il a été proposé que cette hypothèse ne s’applique pas pour le HSV-1 ([2]). De plus, contrairement à la localisation au TGN dans les cellules transfectées, HSV-1 gM se localise dans la membrane nucléaire et sur les virions périnucléaires durant une infection. L’objectif du projet présenté ici était d’éclaircir la relation de la localisation et la fonction de HSV-1 gM dans le contexte d’une infection. Dans les résultats rapportés ici, nous décrivons tout abord un mécanisme spécifique de ciblage nucléaire de HSV-1 gM. En phase précoce d’une infection, gM est ciblée à la membrane nucléaire d'une manière virus ii dépendante. Cela se produit avant la réorganisation du TGN normalement induite par l’infection et avant que gM n’entre dans la voie de sécrétion. Ce ciblage nucléaire actif et spécifique de gM ne semble pas dépendre des plusieurs des partenaires d’interaction proposés dans la littérature. Ces données suggèrent que la forme nucléaire de gM pourrait avoir un nouveau rôle indépendant de l’enveloppement final dans le cytoplasme. Dans la deuxième partie du travail présenté ici, nous avons concentré nos efforts sur le rôle de gM dans l’assemblage du virus en phase tardive de l’infection et en identifiant un domaine critique de gM. Nos résultats mettent en valeur l’importance du domaine carboxyl-terminal cytoplasmique de gM dans le transport de gM du réticulum endoplasmique (RE) à l’appareil de Golgi, dans l’enveloppement cytoplasmique et la propagation intercellulaire du virus. Ainsi, l’export du RE de gM a été complètement compromis dans les cellules transfectées exprimant un mutant de gM dépourvu de sa région C-terminale. La délétion la queue cytoplasmique de gM cause une réduction légère du titre viral et de la taille des plaques. L'analyse de ces mutants par microscopie électronique a démontré une accumulation des nucléocapsides sans enveloppe dans le cytoplasme par rapport aux virus de type sauvage. Étrangement, ce phénotype était apparent dans les cellules BHK mais absent dans les cellules 143B, suggérant que la fonction de gM dépende du type cellulaire. Finalement, le criblage de partenaires d’interaction du domaine C-terminal de gM identifiés par le système de double-hybride nous a permis de proposer plusieurs candidats susceptibles de réguler la fonction de gM dans la morphogénèse et la propagation de virus.

Dégradation des membres de la famille du LDLR par la convertase PCSK9 : troisième locus de l'hypercholestérolémie familiale

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont les principales causes de mortalité et de morbidité à travers le monde. En Amérique du Nord, on estime à 90 millions le nombre d’individus ayant une ou plusieurs MCV, à près de 1 million le nombre de décès reliés par année et à 525 milliards de dollars les coûts directs et indirects en 2010. En collaboration avec l’équipe du Dre. Boileau, notre laboratoire a récemment identifié, le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie familiale. Une étude publiée dans le New Engl J Med a révélé que l’absence de la convertase PCSK9 réduit de 88% le risque de MCV, corrélé à une forte réduction du taux de cholestérol plasmatique (LDL-C). Il fut démontré que PCSK9 lie directement le récepteur aux lipoprotéines de faible densité (LDLR) et, par un mécanisme méconnu, favorise sa dégradation dans les endosomes/lysosomes provoquant ainsi une accumulation des particules LDL-C dans le plasma. Dans cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à trois aspects bien distincts : [1] Quels sont les cibles de PCSK9 ? [2] Quelle voie du trafic cellulaire est impliquée dans la dégradation du LDLR par PCSK9 ? [3] Comment peut-on inhiber la fonction de PCSK9 ? [1] Nous avons démontré que PCSK9 induit la dégradation du LDLR de même que les récepteurs ApoER2 et VLDLR. Ces deux membres de la famille du LDLR (fortes homologies) sont impliqués notamment dans le métabolisme des lipides et de la mise en place de structures neuronales. De plus, nous avons remarqué que la présence de ces récepteurs favorise l’attachement cellulaire de PCSK9 et ce, indépendamment de la présence du LDLR. Cette étude a ouvert pour la première fois le spectre d’action de PCSK9 sur d’autres protéines membranaires. [2] PCSK9 étant une protéine de la voie sécrétoire, nous avons ensuite évalué l’apport des différentes voies du trafic cellulaire, soit extra- ou intracellulaire, impliquées dans la dégradation du LDLR. À l’aide de milieux conditionnées dérivés d’hépatocytes primaires, nous avons d’abord démontré que le niveau extracellulaire de PCSK9 endogène n’a pas une grande influence sur la dégradation intracellulaire du LDLR, lorsqu’incubés sur des hépatocytes provenant de souris déficientes en PCSK9 (Pcsk9-/-). Par analyses de tri cellulaire (FACS), nous avons ensuite remarqué que la surexpression de PCSK9 diminue localement les niveaux de LDLR avec peu d’effet sur les cellules voisines. Lorsque nous avons bloqué l’endocytose du LDLR dans les cellules HepG2 (lignée de cellules hépatiques pour l’étude endogène de PCSK9), nous n’avons dénoté aucun changement des niveaux protéiques du récepteur. Par contre, nous avons pu démontrer que PCSK9 favorise la dégradation du LDLR par l’intermédiaire d’une voie intracellulaire. En effet l’interruption du trafic vésiculaire entre le réseau trans-Golgien (RTG) et les endosomes (interférence à l’ARN contre les chaînes légères de clathrine ; siCLCs) prévient la dégradation du LDLR de manière PCSK9-dépendante. [3] Par immunobuvardage d’affinité, nous avons identifié que la protéine Annexine A2 (AnxA2) interagit spécifiquement avec le domaine C-terminal de PCSK9, important pour son action sur le LDLR. Plus spécifiquement, nous avons cartographié le domaine R1 (acides aminés 34 à 108) comme étant responsable de l’interaction PCSK9AnxA2 qui, jusqu’à présent, n’avait aucune fonction propre. Finalement, nous avons démontré que l’ajout d’AnxA2 prévient la dégradation du LDLR induite par PCSK9. En somme, nos travaux ont pu identifier que d’autres membres de la famille du LDLR, soit ApoER2 et VLDLR, sont sensibles à la présence de PCSK9. De plus, nous avons mis en évidence que l’intégrité du trafic intracellulaire est critique à l’action de PCSK9 sur le LDLR et ce, de manière endogène. Finalement, nous avons identifié l’Annexine A2 comme unique inhibiteur naturel pouvant interférer avec la dégradation du LDLR par PCSK9. Il est indéniable que PCSK9 soit une cible de premier choix pour contrer l’hypercholestérolémie afin de prévenir le développement de MCV. Cet ouvrage apporte donc des apports considérables dans notre compréhension des voies cellulaires impliquées, des cibles affectées et ouvre directement la porte à une approche thérapeutique à fort potentiel.