Brain type II calcium and calmodulin-dependent protein kinase: characterization of a brain-region specific isozyme and regulation by autophosphorylation

A variety of molecular approaches have been used to investigate the structural and enzymatic properties of rat brain type ll Ca^(2+) and calmodulin-dependent protein kinase (type ll CaM kinase). This thesis describes the isolation and biochemical characterization of a brain-region specific isozyme of the kinase and also the regulation the kinase activity by autophosphorylation.

The cerebellar isozyme of the type ll CaM kinase was purified and its biochemical properties were compared to the forebrain isozyme. The cerebellar isozyme is a large (500-kDa) multimeric enzyme composed of multiple copies of 50-kDa α subunits and 60/58-kDa β/β’ subunits. The holoenzyme contains approximately 2 α subunits and 8 β subunits. This contrasts to the forebrain isozyme, which is also composed of and β/β'subunits, but they are assembled into a holoenzyme of approximately 9 α subunits and 3 β/β ' subunits. The biochemical and enzymatic properties of the two isozymes are similar. The two isozymes differ in their association with subcellular structures. Approximately 85% of the cerebellar isozyme, but only 50% of the forebrain isozyme, remains associated with the particulate fraction after homogenization under standard conditions. Postsynaptic densities purified from forebrain contain the forebrain isozyme, and the kinase subunits make up about 16% of their total protein. Postsynaptic densities purified from cerebellum contain the cerebellar isozyme, but the kinase subunits make up only 1-2% of their total protein.

The enzymatic activity of both isozymes of the type II CaM kinase is regulated by autophosphorylation in a complex manner. The kinase is initially completely dependent on Ca^(2+)/calmodulin for phosphorylation of exogenous substrates as well as for autophosphorylation. Kinase activity becomes partially Ca^(2+) independent after autophosphorylation in the presence of Ca^(2+)/calmodulin. Phosphorylation of only a few subunits in the dodecameric holoenzyme is sufficient to cause this change, suggesting an allosteric interaction between subunits. At the same time, autophosphorylation itself becomes independent of Ca^(2+) These observations suggest that the kinase may be able to exist in at least two stable states, which differ in their requirements for Ca^(2+)/calmodulin.

The autophosphorylation sites that are involved in the regulation of kinase activity have been identified within the primary structure of the α and β subunits. We used the method of reverse phase-HPLC tryptic phosphopeptide mapping to isolate individual phosphorylation sites. The phosphopeptides were then sequenced by gas phase microsequencing. Phosphorylation of a single homologous threonine residue in the α and β subunits is correlated with the production of the Ca^(2+) -independent activity state of the kinase. In addition we have identified several sites that are phosphorylated only during autophosphorylation in the absence of Ca^(2+)/ calmodulin.

Identification of a novel gene K23 over-expressed in fish cross-subfamily cloned embryos

A novel gene-K23, differentially expressed in cross-subfamily cloned embryos, was isolated by RACE-PCR technique. It had 2580 base pairs (bp) in length, with a 1,425 bp open reading frame (ORF) encoding a putative protein of 474 amino acids (aa). Bioinformatic analysis indicated that K23 had 22 phosphorylation sites, but it had no signal peptides. Developmental expression analysis in zebrafish showed that K23 transcripts were maternally expressed in ovum and the amount of K23 transcripts increased gradually from zygote to pharyngula period. Subcellular localization analysis revealed that K23 protein was homogeneously distributed both in nuclei and cytoplasm. Taken together, our findings indicate that K23 gene is a novel gene differentially expressed in fish cross-subfamily cloned embryos.

Identification and characterization of a novel gene differentially expressed in zebrafish cross-subfamily cloned embryos

m Background: Cross-species nuclear transfer has been shown to be a potent approach to retain the genetic viability of a certain species near extinction. However, most embryos produced by cross-species nuclear transfer were compromised because that they were unable to develop to later stages. Gene expression analysis of cross-species cloned embryos will yield new insights into the regulatory mechanisms involved in cross-species nuclear transfer and embryonic development. Results: A novel gene, K31, was identified as an up-regulated gene in fish cross-subfamily cloned embryos using SSH approach and RACE method. K31 complete cDNA sequence is 1106 base pairs (bp) in length, with a 342 bp open reading frame (ORF) encoding a putative protein of 113 amino acids (aa). Comparative analysis revealed no homologous known gene in zebrafish and other species database. K31 protein contains a putative transmembrane helix and five putative phosphorylation sites but without a signal peptide. Expression pattern analysis by real time RT-PCR and whole-mount in situ hybridization (WISH) shows that it has the characteristics of constitutively expressed gene. Sub-cellular localization assay shows that K31 protein can not penetrate the nuclei. Interestingly, over-expression of K31 gene can cause lethality in the epithelioma papulosum cyprinid (EPC) cells in cell culture, which gave hint to the inefficient reprogramming events occurred in cloned embryos. Conclusion: Taken together, our findings indicated that K31 gene is a novel gene differentially expressed in fish cross-subfamily cloned embryos and over-expression of K31 gene can cause lethality of cultured fish cells. To our knowledge, this is the first report on the determination of novel genes involved in nucleo-cytoplasmic interaction of fish cross-subfamily cloned embryos.

cDNA cloning and mRNA expression of the translationally controlled tumor protein (TCTP) gene from Japanese sea perch (Lateolabrax japonicus)

A homologue of the lower vertebrates translationally controlled tumor protein (TCTP) was cloned from the marine fish Japanese sea perch (Lateolabrax japonicus) by the technology of homology cloning. The full-length cDNA sequence of the sea perch TCTP gene contained a 5' untranslated region (UTR) of 47 bp, a 3' UTR of 433 bp, and a putative open reading frame (ORF) of 510 bp encoding a polypeptide of 170 amino acids. The deduced amino acid sequence of the sea perch TCTP gene showed a high similarity to that of zebrafish, rohu, rabbit, chicken and human. Sequence analysis revealed there were a signature sequence of TCTP family, an N-glycosylation site, and five Casein kinase phosphorylation sites in the sea perch TCTP. The temporal expression of TCTP genes in healthy and lipopolysaccharide (LPS) challenged fishes was measured by semi-quantitative reverse transcription-PCR (RT-PCR). The results indicated that LPS could up-regulate the expression of sea perch TCTP in the examined tissues, including head-kidney, spleen and liver.

cDNA cloning and overexpression of acidic ribosomal phosphoprotein P1 gene (RPLP1) from the Giant Panda

RPLP1 is one of acidic ribosomal phosphoproteins encoded by RPLP1 gene, which plays an important role in the elongation step of protein synthesis. The cDNA of RPLP1 was cloned successfully for the first time from the Giant Panda (Ailuropoda melanoleuca) using RT-PCR technology, which was also sequenced, analyzed preliminarily and expressed in E. coli. The cDNA fragment cloned is 449bp in size, containing an open reading frame of 344bp encoding 114 amino acids. Alignment analysis indicated that the nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence are highly conserved to other five species studied, including Homo sapiens, Mus musculus, Rattus norvegicus, Bos Taurus and Sus scrofa. The homologies for nucleotide sequences of Giant Panda PPLP1 to that of these species are 92.4%, 89.8%, 89.0%, 91.3% and 87.5%, while the homologies for amino acid sequences are 96.5%, 94.7%, 95.6%, 96.5% and 88.6%. Topology prediction showed there are three Casein kinase II phosphorylation sites and two N-myristoylation sites in the RPLP1 protein of the Giant Panda (Ailuropoda melanoleuca). The RPLP1 gene was overexpressed in E. coli and the result indicated that RPLP1 fusion with the N-terminally His-tagged form gave rise to the accumulation of an expected 18kDa polypeptide, which was in accordance with the predicted protein and could also be used to purify the protein and study its function.

Control of cyclin B1 localization through regulated binding of the nuclear export factor CRM1.

Activation of the Cyclin B/Cdc2 kinase complex triggers entry into mitosis in all eukaryotic cells. Cyclin B1 localization changes dramatically during the cell cycle, precipitously transiting from the cytoplasm to the nucleus at the beginning of mitosis. Presumably, this relocalization promotes the phosphorylation of nuclear targets critical for chromatin condensation and nuclear envelope breakdown. We show here that the previously characterized cytoplasmic retention sequence of Cyclin B1, responsible for its interphase cytoplasmic localization, is actually an autonomous nuclear export sequence, capable of directing nuclear export of a heterologous protein, and able to bind specifically to the recently identified export mediator, CRM1. We propose that the observed cytoplasmic localization of Cyclin B1 during interphase reflects the equilibrium between ongoing nuclear import and rapid CRM1-mediated export. In support of this hypothesis, we found that treatment of cells with leptomycin B, which disrupted Cyclin B1-CRM1 interactions, led to a marked nuclear accumulation of Cyclin B1. In mitosis, Cyclin B1 undergoes phosphorylation at several sites, a subset of which have been proposed to play a role in Cyclin B1 accumulation in the nucleus. Both CRM1 binding and the ability to direct nuclear export were affected by mutation of these phosphorylation sites; thus, we propose that Cyclin B1 phosphorylation at the G2/M transition prevents its interaction with CRM1, thereby reducing nuclear export and facilitating nuclear accumulation.

Nutritional control of mRNA isoform expression during developmental arrest and recovery in C. elegans.

Nutrient availability profoundly influences gene expression. Many animal genes encode multiple transcript isoforms, yet the effect of nutrient availability on transcript isoform expression has not been studied in genome-wide fashion. When Caenorhabditis elegans larvae hatch without food, they arrest development in the first larval stage (L1 arrest). Starved larvae can survive L1 arrest for weeks, but growth and post-embryonic development are rapidly initiated in response to feeding. We used RNA-seq to characterize the transcriptome during L1 arrest and over time after feeding. Twenty-seven percent of detectable protein-coding genes were differentially expressed during recovery from L1 arrest, with the majority of changes initiating within the first hour, demonstrating widespread, acute effects of nutrient availability on gene expression. We used two independent approaches to track expression of individual exons and mRNA isoforms, and we connected changes in expression to functional consequences by mining a variety of databases. These two approaches identified an overlapping set of genes with alternative isoform expression, and they converged on common functional patterns. Genes affecting mRNA splicing and translation are regulated by alternative isoform expression, revealing post-transcriptional consequences of nutrient availability on gene regulation. We also found that phosphorylation sites are often alternatively expressed, revealing a common mode by which alternative isoform expression modifies protein function and signal transduction. Our results detail rich changes in C. elegans gene expression as larvae initiate growth and post-embryonic development, and they provide an excellent resource for ongoing investigation of transcriptional regulation and developmental physiology.

Tyrosine phosphorylated SOCS-3 inhibits STAT activation but binds p120-RasGAP and activates Ras

Suppressors of cytokine signalling (SOCS, also known as CIS and SSI) are encoded by immediate early genes that act in a feedback loop to inhibit cytokine responses and activation of 'signal transducer and activator of transcription' (STAT). Here we show that SOCS-3 is strongly tyrosine-phosphorylated in response to many growth factors, including interleukin-2 (IL-2), erythropoietin (EPO), epidermal growth factor (EGF) and platelet-derived growth factor (PDGF). The principal phosphorylation sites on SOCS-3 are residues 204 and 221 at the carboxy terminus, and upon phosphorylation tyrosine 221 interacts with the Ras inhibitor p120 RasGAP. After IL-2 stimulation, phosphorylated SOCS-3 strongly inhibits STAT5 activation but, by binding to RasGAP, maintains activation of extracellular-signal-regulated kinase (ERK). A tyrosine mutant of SOCS-3 still blocks STAT phosphorylation, but also strongly inhibits IL-2-dependent activation of ERK and cell proliferation. Moreover, it also inhibits EPO- and PDGF-induced proliferation and ERK activation. Therefore, although SOCS proteins inhibit growth-factor responses, tyrosine phosphorylation of SOCS-3 can ensure cell survival and proliferation through the Ras pathway.

The C-Terminal Variable Region Specifies the Dynamic Properties of Arabidopsis Microtubule-Associated Protein MAP65 Isotypes

The microtubule-associated protein, MAP65, is a member of a family of divergent microtubule-associated proteins from different organisms generally involved in maintaining the integrity of the central spindle in mitosis. The dicotyledon Arabidopsis thaliana and the monocotyledon rice (Oryza sativa) genomes contain 9 and 11 MAP65 genes, respectively. In this work, we show that the majority of these proteins fall into five phylogenetic clades, with the greatest variation between clades being in the C-terminal random coil domain. At least one Arabidopsis and one rice isotype is within each clade, indicating a functional specification for the C terminus. In At MAP65-1, the C-terminal domain is a microtubule binding region (MTB2) harboring the phosphorylation sites that control its activity. The At MAP65 isotypes show differential localization to microtubule arrays and promote microtubule polymerization with variable efficiency in a MTB2-dependent manner. In vivo studies demonstrate that the dynamics of the association and dissociation of different MAP65 isotypes with microtubules can vary up to 10-fold and that this correlates with their ability to promote microtubule polymerization. Our data demonstrate that the C-terminal variable region, MTB2, determines the dynamic properties of individual isotypes and suggest that slower turnover is conditional for more efficient microtubule polymerization.

Abnormal alterations in the Ca2+/CaV1.2/calmodulin/caMKII signaling pathway in a tremor rat model and in cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+-free solution

Voltage-dependent calcium channels (VDCCs) are key elements in epileptogenesis. There are several binding-sites linked to calmodulin (CaM) and several potential CaM-dependent protein kinase II (CaMKII)-mediated phosphorylation sites in CaV1.2. The tremor rat model (TRM) exhibits absence‑like seizures from 8 weeks of age. The present study was performed to detect changes in the Ca2+/CaV1.2/CaM/CaMKII pathway in TRMs and in cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+‑free solution. The expression levels of CaV1.2, CaM and phosphorylated CaMKII (p‑CaMKII; Thr‑286) in these two models were examined using immunofluorescence and western blotting. Compared with Wistar rats, the expression levels of CaV1.2 and CaM were increased, and the expression of p‑CaMKII was decreased in the TRM hippocampus. However, the expression of the targeted proteins was reversed in the TRM temporal cortex. A significant increase in the expression of CaM and decrease in the expression of CaV1.2 were observed in the TRM cerebellum. In the cultured neuron model, p‑CaMKII and CaV1.2 were markedly decreased. In addition, neurons exhibiting co‑localized expression of CaV1.2 and CaM immunoreactivities were detected. Furthermore, intracellular calcium concentrations were increased in these two models. For the first time, o the best of our knowledge, the data of the present study suggested that abnormal alterations in the Ca2+/CaV1.2/CaM/CaMKII pathway may be involved in epileptogenesis and in the phenotypes of TRMs and cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+‑free solution.

Using the fluorescent properties of STO-609 as a tool to assist structure-function analyses of recombinant CaMKK2

Calcium/calmodulin-dependent kinase kinase 2 (CaMKK2) has been implicated in the regulation of metabolic activity in cancer and immune cells, and affects whole-body metabolism by regulating ghrelin-signalling in the hypothalamus. This has led to efforts to develop specific CaMKK2 inhibitors, and STO-609 is the standardly used CaMKK2 inhibitor to date. We have developed a novel fluorescence-based assay by exploiting the intrinsic fluorescence properties of STO-609. Here, we report an in vitro binding constant of KD ∼17 nM between STO-609 and purified CaMKK2 or CaMKK2:Calmodulin complex. Whereas high concentrations of ATP were able to displace STO-609 from the kinase, GTP was unable to achieve this confirming the specificity of this association. Recent structural studies on the kinase domain of CaMKK2 had implicated a number of amino acids involved in the binding of STO-609. Our fluorescent assay enabled us to confirm that Phe(267) is critically important for this association since mutation of this residue to a glycine abolished the binding of STO-609. An ATP replacement assay, as well as the mutation of the 'gatekeeper' amino acid Phe(267)Gly, confirmed the specificity of the assay and once more confirmed the strong binding of STO-609 to the kinase. In further characterising the purified kinase and kinase-calmodulin complex we identified a number of phosphorylation sites some of which corroborated previously reported CaMKK2 phosphorylation and some of which, particularly in the activation segment, were novel phosphorylation events. In conclusion, the intrinsic fluorescent properties of STO-609 provide a great opportunity to utilise this drug to label the ATP-binding pocket and probe the impact of mutations and other regulatory modifications and interactions on the pocket. It is however clear that the number of phosphorylation sites on CaMKK2 will pose a challenge in studying the impact of phosphorylation on the pocket unless the field can develop approaches to control the spectrum of modifications that occur during recombinant protein expression in E. coli.

Le VEGF induit la synthèse du PAF par l’entremise de l’activation du VEGFR-2 : identification des phosphotyrosines impliquées

Notre laboratoire a démontré que la capacité proinflammatoire du vascular endothelial growth factor (VEGF-A165) implique la synthèse endothéliale du facteur d’activation plaquettaire (PAF) via l’activation du récepteur tyrosine kinase homodimérique VEGFR-2/R-2. La synthèse du PAF requiert l’activation de la p38 MAPK et p42/44 MAPK qui activent la phospholipase A2 secrétée de type V (sPLA2-V). Nous avons découvert que la synthèse aigue de prostacycline (PGI2) induite par le VEGF-A165 requiert l’activation des récepteurs hétérodimériques VEGFR-1/R-2. L’activation sélective des récepteurs du VEGF peut donc agir comme balance dans la synthèse de facteurs pro-(PAF) et anti-(PGI2) inflammatoire. Cependant, les tyrosines impliquées dans la transphosphorylation de VEGFR-2/R-2 menant à la synthèse du PAF sont inconnues. Par mutagenèse dirigée, nous avons effectué des transfections transitoires de cellules endothéliales avec des plasmides codant pour le VEGFR-2 dont les tyrosines ciblées ont été remplacées de façon séquentielle par une phénylalanine. Un vecteur vide pcDNA a été utilisé comme contrôle négatif. La stimulation des cellules endothéliales de l’aorte bovine (BAEC) transfectées avec le VEGF-A165 (1nM) pendant 15 minutes augmente la synthèse du PAF de 300%, laquelle était similaire dans les BAEC non transfectées. Dans les BAEC transfectées avec les vecteurs pcDNA codant pour les mutations Y801F, Y1059F, Y1175F et Y1214F, nous avons observé une réduction de 54, 73, 68, et 57% respectivement de la synthèse du PAF induite par le VEGF par rapport au pcDNA témoin. Nos résultats apportent un nouvel aperçu sur le mécanisme par lequel le VEGF induit la synthèse du PAF qui est connu pour sa contribution dans l’activité pro-inflammatoire du VEGF.

Implication de la voie ERK3/4-MK5 dans la phase G2/M du cycle cellulaire

La division cellulaire est influencée par les différents stimuli provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de la cellule. Plusieurs réseaux enzymatiques élaborés au cours de l’évolution relayent l’information générée par ces signaux. Les modules MAP kinases sont extrêmement importants au sein de la cellule. Chez l’humain, 14 MAP kinases sont regroupées en sept voies distinctes intervenant dans le contrôle d’une myriade de processus cellulaires. ERK3/4 sont des homologues de ERK1/2 pour lesquelles on ne connaît que très peu de choses concernant leurs fonctions et régulation. Ces MAP kinases sont dites atypiques puisqu’elles ont des particularités structurales et des modes de régulation qui diffèrent des autres MAP kinases classiques. Ainsi, notre laboratoire a démontré que l’activité de ERK3 est régulée par le système ubiquitine-protéasome et qu’elle pourrait avoir un rôle à jouer dans le contrôle de la différenciation et la prolifération cellulaire. La première étude présentée décrit la régulation de ERK3 au cours du cycle cellulaire. Nous avons observé que ERK3 est hyperphosphorylée et s’accumule spécifiquement au cours de la mitose. Des analyses de spectrométrie de masse ont mené à l’identification de quatre sites de phosphorylation situés à l’extrémité du domaine C-terminal. Nous avons pu démontrer que la kinase mitotique CDK1/cycline B phosphoryle ces sites et que les phosphatases CDC14A et CDC14B les déphosphorylent. Finalement, nous démontrons que la phosphorylation mitotique de ERK3 a pour effet de la stabiliser. Au début de mes études doctorales, la kinase MK5 fut identifiée comme premier partenaire et substrat de ERK3. MK5 a très peu de fonctions connues. Des données dans la littérature suggèrent qu’elle peut moduler le cycle cellulaire dans certaines conditions. Par exemple, MK5 a récemment été identifié comme inducteur de la sénescence induite par l’oncogène Ras. Dans la deuxième étude, nous décrivons une nouvelle fonction de MK5 dans le contrôle du cycle cellulaire. Nous démontrons par des expériences de gain et perte de fonction que MK5 ralentit l’entrée en mitose suite à un arrêt de la réplication. Cette fonction est dépendante de l’activité enzymatique de MK5 qui régule indirectement l’activité de CDK1/cycline B. Finalement, nous avons identifié Cdc25A comme un nouveau substrat in vitro de MK5 dont la surexpression supprime l’effet de MK5 sur l’entrée en mitose. En conclusion, nos résultats décrivent un nouveau mécanisme de régulation de ERK3 au cours de la mitose, ainsi qu’une nouvelle fonction pour MK5 dans le contrôle de l’entrée en mitose en réponse à des stress de la réplication. Ces résultats démontrent pour la première fois l’implication de ces protéines au cours de la transition G2/M. Nos travaux établissent de nouvelles pistes d’études pour mieux comprendre les rôles encore peu définis des kinases ERK3/4-MK5.

Mass spectrometry as a tool to dissect the role of chromatin assembly factors in regulating nucleosome assembly

L'assemblage des nucléosomes est étroitement couplée à la synthèse des histones ainsi qu’à la réplication et la réparation de l’ADN durant la phase S. Ce processus implique un mécanisme de contrôle qui contribue soigneusement et de manière régulée à l’assemblage de l’ADN en chromatine. L'assemblage des nucléosomes durant la synthèse de l’ADN est crucial et contribue ainsi au maintien de la stabilité génomique. Cette thèse décrit la caractérisation par spectrométrie de masse(SM) des protéines jouant un rôle critique dans l’assemblage et le maintien de la structure chromatinienne. Plus précisément, la phosphorylation de deux facteurs d’assemblage des nucléosome, le facteur CAF-1, une chaperone d’histone qui participe à l'assemblage de la chromatine spécifiquement couplée à la réplication de l'ADN, ainsi que le complexe protéique Hir, jouant de plus un rôle important dans la régulation transcriptionelle des gènes d’histones lors de la progression normale du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l'ADN, a été examiné. La caractérisation des sites de phosphorylation par SM nécéssite la séparation des protéines par éléctrophorèse suivi d’une coloration a l’argent. Dans le chapitre 2, nous demontrons que la coloration à l’argent induit un artéfact de sulfatation. Plus précisément, cet artéfact est causé par un réactif spécifiquement utilisé lors de la coloration. La sulfatation présente de fortes similitudes avec la phosphorylation. Ainsi, l’incrément de masse observé sur les peptides sulfatés et phosphorylés (+80 Da) nécéssite des instruments offrant une haute résolution et haute précision de masse pour différencier ces deux modifications. Dans les chapitres 3 et 4, nous avons d’abord démontré par SM que Cac1, la plus grande sous-unité du facteur CAF-1, est cible de plusieurs sites de phosphorylation. Fait intéréssant, certains de ces sites contiennent des séquences consensus pour les kinases Cdc7-Dbf4 et CDKs. Ainsi, ces résultats fournissent les premières évidences que CAF-1 est potentiellement régulé par ces deux kinases in vivo. La fonction de tous les sites de phosphorylation identifiés a ensuite été évaluée. Nous avons démontré que la phosphorylation de la Ser-503, un site consensus de la DDK, est essentielle à la répréssion transcriptionelle des gènes au niveau des télomères. Cependant, cette phosphorylation ne semble pas être nécéssaire pour d’autres fonctions connues de CAF-1, indiquant que le blocage de la phsophorylation de Cac1 Ser-503 affecte spécifiquement la fonction de CAF-1 aux structures hétérochromatiques des télomères. Ensuite, nous avons identifiés une intéraction physique entre CAF-1 et Cdc7-Dbf4. Des études in vitro ont également demontré que cette kinase phosphoryle spécifiquement Cac1 Ser-503, suggérant un rôle potential pour la kinase Cdc7-Dbf4 dans l’assemblage et la stabilité de la structure hétérochromatique aux télomères. Finalement, les analyses par SM nous ont également permi de montrer que la sous-unité Hpc2 du complexe Hir est phosphorylée sur plusieurs sites consensus des CDKs et de Cdc7-Dbf4. De plus, la quantification par SM d’un site spécifique de phosphorylation de Hpc2, la Ser-330, s’est révélée être fortement induite suite à l’activation du point de contrôle de réplication (le “checkpoint”) suite au dommage a l’ADN. Nous montrons que la Ser-330 de Hpc2 est phopshorylée par les kinases de point de contrôle de manière Mec1/Tel1- et Rad53-dépendante. Nos données préliminaires suggèrent ainsi que la capacité du complex Hir de réguler la répréssion transcriptionelle des gènes d'histones lors de la progression du cycle cellulaire normal et en réponse au dommage de l'ADN est médiée par la phosphorylation de Hpc2 par ces deux kinases. Enfin, ces deux études mettent en évidence l'importance de la spectrométrie de masse dans la caractérisation des sites de phosphorylation des protéines, nous permettant ainsi de comprendre plus précisement les mécanismes de régulation de l'assemblage de la chromatine et de la synthèse des histones.

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.