Phosphorylation of unique domains of Src family of kinases

Members of the Src family of kinases (SFKs) are non-receptor tyrosine kinases involved in numerous signal transduction pathways. The catalytic, SH3 and SH2 domains are attached to the membrane-anchoring SH4 domain through the intrinsically disordered"Unique" domains, which exhibit strong sequence divergence among SFK members. In the last decade, structural and biochemical studies have begun to uncover the crucial role of the Unique domain in the regulation of SFK activity. This mini-review discusses what is known about the phosphorylation events taking place on the SFK Unique domains, and their biological relevance. The modulation by phosphorylation of biologically relevant inter- and intra- molecular interactions of Src, as well as the existence of complex phosphorylation/dephosphorylation patterns observed for the Unique domain of Src, reinforces the important functional role of the Unique domain in the regulation mechanisms of the Src kinases and, in a wider context, of intrinsically disordered regions in cellular processes.

Proteínas tirosina fosfatases: propriedades e funções biológicas

Protein phosphorylation-dephosphorylation catalyzed by the opposing and dynamic action of protein kinases and phosphatases probably, is the most crucial chemical reaction taking place in living organisms. Protein phosphatases are classified according to their substrate specificity and sensitivity to inhibitory or activator agents, into two families of protein phosphatases: serine/threonine phosphatases and tyrosine phosphatases (PTPs). PTPs can be divided into 3 groups: tyrosine specific phosphatases, dual and low molecular weight phosphatases. The role of tyrosine phosphorylation in mitogenic signaling is well documented, and one would predict that vanadate, pervanadate and other oxidant agents (protein tyrosine phosphatase inhibitors) may act as a growth stimulator.

Identification and characterization of CIP2A as a novel oncogenic inhibitor of PP2A

Inhibition of the tumor suppressor protein phosphatase 2A (PP2A) activity has been identified as one of the five key alterations required for human cell transformation. Regardless of this crucial role in human cancer development, the detailed mechanisms by which PP2A inhibition occurs in human cancers remain largely uncharacterized. PP2A regulates a plethora of cellular signaling cascades. One of the targets of PP2A is Myc oncoprotein, which is destabilized and degraded in response to PP2A-mediated dephosphorylation of Myc serine 62. In this study we identify Cancerous Inhibitor of PP2A (CIP2A) as a previously uncharacterized endogenous inhibitor of PP2A in human cancer cells. CIP2A inhibits PP2A activity leading to subsequent stabilization of the Myc protein. CIP2A promotes malignant growth of cancer cells in vitro and xenograft tumor formation in vivo and is overexpressed in cancer. Moreover, we explored the effect of CIP2A on global transcriptional profiles and validated a CIP2A-dependent transcriptional signature. Analysis of the CIP2A signature revealed both Myc-dependent and -independent functions for CIP2A. Importantly, we demonstrate that the CIP2A signature has clinical relevance in human breast cancer subtypes. Finally, we identify the genes potentially mediating the long-term growth suppression in CIP2A depleted cancer cells. Taken together, this work identifies CIP2A as a novel human oncoprotein and describes its function in cancer cells. These results may open novel possibilities for patient stratification and therapeutic intervention of cancer.

Control of the phosphorylation of the astrocyte marker glial fibrillary acidic protein (GFAP) in the immature rat hippocampus by glutamate and calcium ions: possible key factor in astrocytic plasticity

The present review describes recent research on the regulation by glutamate and Ca2+ of the phosphorylation state of the intermediate filament protein of the astrocytic cytoskeleton, glial fibrillary acidic protein (GFAP), in immature hippocampal slices. The results of this research are discussed against a background of modern knowledge of the functional importance of astrocytes in the brain and of the structure and dynamic properties of intermediate filament proteins. Astrocytes are now recognized as partners with neurons in many aspects of brain function with important roles in neural plasticity. Site-specific phosphorylation of intermediate filament proteins, including GFAP, has been shown to regulate the dynamic equilibrium between the polymerized and depolymerized state of the filaments and to play a fundamental role in mitosis. Glutamate was found to increase the phosphorylation state of GFAP in hippocampal slices from rats in the post-natal age range of 12-16 days in a reaction that was dependent on external Ca2+. The lack of external Ca2+ in the absence of glutamate also increased GFAP phosphorylation to the same extent. These effects of glutamate and Ca2+ were absent in adult hippocampal slices, where the phosphorylation of GFAP was completely Ca2+-dependent. Studies using specific agonists of glutamate receptors showed that the glutamate response was mediated by a G protein-linked group II metabotropic glutamate receptor (mGluR). Since group II mGluRs do not act by liberating Ca2+ from internal stores, it is proposed that activation of the receptor by glutamate inhibits Ca2+ entry into the astrocytes and consequently down-regulates a Ca2+-dependent dephosphorylation cascade regulating the phosphorylation state of GFAP. The functional significance of these results may be related to the narrow developmental window when the glutamate response is present. In the rat brain this window corresponds to the period of massive synaptogenesis during which astrocytes are known to proliferate. Possibly, glutamate liberated from developing synapses during this period may signal an increase in the phosphorylation

The insulin receptor substrate 1 associates with phosphotyrosine phosphatase SHPTP2 in liver and muscle of rats

Insulin stimulates the tyrosine kinase activity of its receptor resulting in the phosphorylation of its cytosolic substrate, insulin receptor substrate-1 (IRS-1) which, in turn, associates with proteins containing SH2 domains. It has been shown that IRS-1 associates with the tyrosine phosphatase SHPTP2 in cell cultures. While the effect of the IRS-1/SHPTP2 association on insulin signal transduction is not completely known, this association may dephosphorylate IRS-1 and may play a critical role in the mitogenic actions of insulin. However, there is no physiological demonstration of this pathway of insulin action in animal tissues. In the present study we investigated the ability of insulin to induce association between IRS-1 and SHPTP2 in liver and muscle of intact rats, by co-immunoprecipitation with anti-IRS-1 antibody and anti-SHPTP2 antibody. In both tissues there was an increase in IRS-1 association with SHPTP2 after insulin stimulation. This association occurred when IRS-1 had the highest level of tyrosine phosphorylation and the decrease in this association was more rapid than the decrease in IRS-1 phosphorylation levels. The data provide evidence against the participation of SHPTP2 in IRS-1 dephosphorylation in rat tissues, and suggest that the insulin signal transduction pathway in rat tissues is related mainly to the mitogenic effects of the hormone.

Searching for the role of protein phosphatases in eukaryotic microorganisms

Preference for specific protein substrates together with differential sensitivity to activators and inhibitors has allowed classification of serine/threonine protein phosphatases (PPs) into four major types designated types 1, 2A, 2B and 2C (PP1, PP2A, PP2B and PP2C, respectively). Comparison of sequences within their catalytic domains has indicated that PP1, PP2A and PP2B are members of the same gene family named PPP. On the other hand, the type 2C enzyme does not share sequence homology with the PPP members and thus represents another gene family, known as PPM. In this report we briefly summarize some of our studies about the role of serine/threonine phosphatases in growth and differentiation of three different eukaryotic models: Blastocladiella emersonii, Neurospora crassa and Dictyostelium discoideum. Our observations suggest that PP2C is the major phosphatase responsible for dephosphorylation of amidotransferase, an enzyme that controls cell wall synthesis during Blastocladiella emersonii zoospore germination. We also report the existence of a novel acid- and thermo-stable protein purified from Neurospora crassa mycelia, which specifically inhibits the PP1 activity of this fungus and mammals. Finally, we comment on our recent results demonstrating that Dictyostelium discoideum expresses a gene that codes for PP1, although this activity has never been demonstrated biochemically in this organism.

Pp2a: At The Crossroads Between Growth and Defence In Plants

Living organisms manage their resources in well evolutionary-preserved manner to grow and reproduce. Plants are no exceptions, beginning from their seed stage they have to perceive environmental conditions to avoid germination at wrong time or rough soil. Under favourable conditions, plants invest photosynthetic end products in cell and organ growth to provide best possible conditions for generation of offspring. Under natural conditions, however, plants are exposed to a multitude of environmental stress factors, including high light and insufficient light, drought and flooding, various bacteria and viruses, herbivores, and other plants that compete for nutrients and light. To survive under environmental challenges, plants have evolved signaling mechanisms that recognise environmental changes and perform fine-tuned actions that maintain cellular homeostasis. Controlled phosphorylation and dephosphorylation of proteins plays an important role in maintaining balanced flow of information within cells. In this study, I examined the role of protein phosphatase 2A (PP2A) on plant growth and acclimation under optimal and stressful conditions. To this aim, I studied gene expression profiles, proteomes and protein interactions, and their impacts on plant health and survival, taking advantage of the model plant Arabidopsis thaliana and the mutant approach. Special emphasis was made on two highly similar PP2A-B regulatory subunits, B’γ and B’ζ. Promoters of B’γ and B’ζ were found to be similarly active in the developing tissues of the plant. In mature leaves, however, the promoter of B’γ was active in patches in leaf periphery, while the activity of B’ζ promoter was evident in leaf edges. The partially overlapping expression patterns, together with computational models of B’γ and B’ζ within trimeric PP2A holoenzymes suggested that B’γ and B’ζ may competitively bind into similar PP2A trimmers and thus influence each other’s actions. Arabidopsis thaliana pp2a-b’γ and pp2a-b’γζ double mutants showed dwarfish phenotypes, indicating that B’γ and B’ζ are needed for appropriate growth regulation under favorable conditions. However, while pp2a-b’γ displayed constitutive immune responses and appearance of premature yellowings on leaves, the pp2a-b’γζ double mutant supressed these yellowings. More detailed analysis of defense responses revealed that B’γ and B’ζ mediate counteracting effects on salicylic acid dependent defense signalling. Associated with this, B’γ and B’ζ were both found to interact in vivo with CALCIUM DEPENDENT PROTEIN KINASE 1 (CPK1), a crucial element of salicylic acid signalling pathway against pathogens in plants. In addition, B’γ was shown to modulate cellular reactive oxygen species (ROS) metabolism by controlling the abundance of ALTERNATIVE OXIDASE 1A and 1D in mitochondria. PP2A B’γ and B’ζ subunits turned out to play crucial roles in the optimization of plant choices during their development. Taken together, PP2A allows fluent responses to environmental changes, maintenance of plant homeostasis, and grant survivability with minimised cost of redirection of resources from growth to defence.

Effects of lipopolysaccharide on low- and high-density cultured rabbit vascular smooth muscle cells: differential modulation of nitric oxide release, ERK1/ERK2 MAP kinase activity, protein tyrosine phosphatase activity, and DNA synthesis

Previous studies have shown that exogenously generated nitric oxide (NO) inhibits smooth muscle cell proliferation. In the present study, we stimulated rabbit vascular smooth muscle cells (RVSMC) with E. coli lipopolysaccharide (LPS), a known inducer of NO synthase transcription, and established a connection between endogenous NO, phosphorylation/dephosphorylation-mediated signaling pathways, and DNA synthesis. Non-confluent RVSMC were cultured with 0, 5, 10, or 100 ng/ml of the endotoxin. NO release was increased by 86.6% (maximum effect) in low-density cell cultures stimulated with 10 ng/ml LPS as compared to non-stimulated controls. Conversely, LPS (5 to 100 ng/ml) did not lead to enhanced NO production in multilayered (high density) RVSMC. DNA synthesis measured by thymidine incorporation showed that LPS was mitogenic only to non-confluent RVSMC; furthermore, the effect was prevented statistically by aminoguanidine (AG), a potent inhibitor of the inducible NO synthase, and oxyhemoglobin, an NO scavenger. Finally, there was a cell density-dependent LPS effect on protein tyrosine phosphatase (PTP) and ERK1/ERK2 mitogen-activated protein (MAP) kinase activities. Short-term transient stimulation of ERK1/ERK2 MAP kinases was maximal at 12 min in non-confluent RVSMC and was prevented by preincubation with AG, whereas PTP activities were inhibited in these cells after 24-h LPS stimulation. Conversely, no significant LPS-mediated changes in kinase or phosphatase activities were observed in high-density cells. LPS-induced NO generation by RVSMC may switch on a cell density-dependent proliferative signaling cascade, which involves the participation of PTP and the ERK1/ERK2 MAP kinases.

Dengue virus-induced regulation of the host cell translational machinery

Dengue virus (DV)-induced changes in the host cell protein synthesis machinery are not well understood. We investigated the transcriptional changes related to initiation of protein synthesis. The human hepatoma cell line, HepG2, was infected with DV serotype 2 for 1 h at a multiplicity of infection of one. RNA was extracted after 6, 24 and 48 h. Microarray results showed that 36.5% of the translation factors related to initiation of protein synthesis had significant differential expression (Z-score ≥ ±2.0). Confirmation was obtained by quantitative real-time reverse transcription-PCR. Of the genes involved in the activation of mRNA for cap-dependent translation (eIF4 factors), eIF4A, eIF4G1 and eIF4B were up-regulated while the negative regulator of translation eIF4E-BP3 was down-regulated. This activation was transient since at 24 h post-infection levels were not significantly different from control cells. However, at 48 h post-infection, eIF4A, eIF4E, eIF4G1, eIF4G3, eIF4B, and eIF4E-BP3 were down-regulated, suggesting that cap-dependent translation could be inhibited during the progression of infection. To test this hypothesis, phosphorylation of p70S6K and 4E-BP1, which induce cap-dependent protein synthesis, was assayed. Both proteins remained phosphorylated when assayed at 6 h after infection, while infection induced dephosphorylation of p70S6K and 4E-BP1 at 24 and 48 h of infection, respectively. Taken together, these results provide biological evidence suggesting that in HepG2 cells DV sustains activation of the cap-dependent machinery at early stages of infection, but progression of infection switches protein synthesis to a cap-independent process.

Modulation of TGF-β signaling by Hypoxia

A tumor is a fast-growing malignant tissue. This creates areas inside the tumor that are distant from local blood vessels to be able to get enough oxygen. This hypoxic condition activates a transcription factor called hypoxia inducible factor (HIF). HIF responses help a cell to adapt to decreased oxygen by activating glycolytic and angiogenesis pathways and by regulating apoptotic responses. Hypoxia drives the upregulation of a growth factor called transforming growth factor beta (TGF-beta). Similar to a hypoxia response, TGF is an important regulator of cell fate. TGF-β and HIF pathways regulate partially overlapping target genes. This regulation can also be cooperative. The TGF-beta signal is initiated by activation of plasma membrane receptors that then activate effector proteins called small mothers against decapentaplegic (Smad) homologs. In healthy tissue, TGF-β keeps cell proliferation and growth under control. During cancer progression, TGF-beta has shown a dual role, whereby it inhibits initial tumor formation but, conversely, in an existent tumor, TGF-beta drives malignant progression. Along with HIF and TGF-beta also protein dephosphorylation is an important regulatory mechanism of cell fate. Protein dephosphorylation is catalyzed by protein phosphatases such as Protein phosphatase 2A (PP2A). PP2A is a ubiquitous phosphatase that can exist in various active forms. PP2A can specifically regulate TGF-beta signaling either by enhancing or inhibiting the receptor activity. This work demonstrates that during hypoxia, PP2A is able to fine-tune TGF-beta signal by specifically targeting Smad3 effector in a Smad7-dependent manner. Inactivation of Smad3 in hypoxia leads to malignant conversion of TGF-beta signaling.

Role of Phosphorylation of the Oxysterol Binding Protein (OSBP) in (PI(4)P) and Sterol-Containing Membrane Recognition and Binding

Studies have demonstrated that the oxysterol binding protein (OSBP) acts as a phosphatidylinositol phosphate (PIP)-sterol exchanger at membrane contact sites (MCS) of the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi. OSBP is known to pick up phosphatidylinositol-4-phosphate (PI(4)P) from the ER, transfer it to the trans-Golgi in exchange for a cholesterol molecule that is then transferred from the trans-Golgi to the ER. Upon further examination of this pathway by Ridgway et al. (1), it appeared that phosphorylation of OSBP played a role in the localization of OSBP. The dephosphorylation state of OSBP was linked to Golgi localization and the depletion of cholesterol at the ER. To mimic the phosphorylated state of OSBP, the mutant OSBP-S5E was designed by Ridgway et al. (1). The lipid and sterol recognition by wt-OSBP and its phosphomimic mutant OSBP-S5E were investigated using immobilized lipid bilayers and dual polarization interferometry (DPI). DPI is a technique in which the protein binding affinity to immobilized lipid bilayers is measured and the binding behavior is examined through real time. Lipid bilayers containing 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) and varying concentrations of PI(4)Ps or sterols (cholesterol or 25-hydroxycholesterol) were immobilized on a silicon nitride chip. It was determined that wt-OSBP binds differently to PI(4)P-containing bilayers compared to OSBP-S5E. The binding behavior suggested that wt-OSBP extracts PI(4)P and the change in the binding behavior, in the case of OSBP-S5E, suggested that the phosphorylation of OSBP may prevent the recognition and/or extraction of PI(4)P. In the presence of sterols, the overall binding behavior of OSBP, regardless of phosphorylation state, was fairly similar. The maximum specific bound mass of OSBP to sterols did not differ as the concentration of sterols increased. However, comparing the maximum specific bound mass of OSBP to cholesterol with oxysterol (25-hydroxycholesterol), OSBP displayed nearly a 2-fold increase in bound mass. With the absence of the wt-OSBP-PI(4)P binding behavior, it can be speculated that the sterols were not extracted. In addition, the binding behavior of OSBP was further tested using a fluorescence based binding assay. Using 22-(N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-23,24-bisnor-5-cholen-3β-ol (22-NBD cholesterol), wt-OSBP a one site binding dissociation constant Kd, of 15 ± 1.4 nM was determined. OSBP-S5E did not bind to 22-NBD cholesterol and Kd value was not obtained.

Rôle de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la régulation du programme angiogénique induit par le VEGF

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique.

Rôle de la protéine phosphatase PPM1A dans l'homéostasie hépatique du glucose et des lipides

L’insuline est une hormone essentielle qui induit des réponses complexes dans l’organisme pour maintenir l’homéostasie du glucose et des lipides. La résistance à son action est un phénomène pathologique observé dans un large éventail de situations, allant de l’obésité et du syndrome métabolique à la stéatose hépatique et au diabète de type 2, qui aboutissent au développement de l’athérosclérose et de la mortalité. Des avancées remarquables ont été réalisées dans notre compréhension des mécanismes moléculaires responsables du développement de la résistance à l’action de l’insuline. En particulier, l’induction d’un stress cellulaire par des taux élevés d’acides gras libres (AGL) et des cytokines, via l’activation des protéines Ser/Thr kinases, qui augmente la phosphorylation sur des résidus sérine, des molécules critiques impliquées dans la signalisation insulinique (p. ex. IR, IRS et p85) et conduit à la diminution de la réponse cellulaire à l’insuline. Cependant, la plupart des chercheurs ont limité leur travail dans l’investigation du rôle des protéines kinases susceptibles de modifier la réponse cellulaire à l’insuline. Donc, peu de données sont disponibles sur le rôle des Protéines Ser/Thr phosphatases (PS/TPs), même si il est bien établi que la phosphorylation de ces protéines est étroitement régulée par un équilibre entre les activités antagonistes des Ser/Thr kinases et des PS/TPs. Parmi les PS/TPS, PPM1A (également connu sous le nom PP2Cα) est une phosphatase particulièrement intéressante puisqu’il a été suggéré qu’elle pourrait jouer un rôle dans la régulation du métabolisme lipidique et du stress cellulaire. Ainsi, en se basant sur des résultats préliminaires de notre laboratoire et des données de la littérature, nous avons émis l’hypothèse selon laquelle PPM1A pourrait améliorer la sensibilité à l’insuline en diminuant l’activité des protéines kinases qui seraient activées par le stress cellulaire induit par l’augmentation des AGL. Ces effets pourraient finalement améliorer le métabolisme glucidique et lipidique dans l’hépatocyte. Ainsi, pour révéler le rôle physiologique de PPM1A à l’échelle d’un animal entier, nous avons généré un modèle animal qui la surexprime spécifiquement dans le foie. Nous décrivons ici notre travail afin de générer ce modèle animal ainsi que les premières analyses pour caractériser le phénotype de celui-ci. Tout d’abord, nous avons remarqué que la surexpression de PPM1A chez les souris C57BL/6J n’a pas d’effets sur le gain de poids sur une longue période. Deuxièmement, nous avons observé que PPM1A a peu d’effets sur l’homéostasie du glucose. Par contre, nous avons montré que sa surexpression a des effets significatifs sur l’homéostasie du glycogène et des triglycérides. En effet, nous avons observé que le foie des souris transgéniques contient moins de glycogène et de triglycérides que le foie de celles de type sauvage. De plus, nos résultats suggèrent que les effets de la surexpression de PPM1A pourraient refléter son impact sur la synthèse et la sécrétion des lipides hépatiques puisque nous avons observé que sa surexpression conduit à l’augmentation la triglycéridémie chez les souris transgéniques. En conclusion, nos résultats prouvent l’importance de PPM1A comme modulateur de l’homéostasie hépatique du glucose et des lipides. Des analyses supplémentaires restent cependant nécessaires pour confirmer ceux-ci et éclaircir l’impact moléculaire de PPM1A et surtout pour identifier ses substrats.

Molecular mechanisms for a switch-like mating decision in Saccharomyces cerevisiae

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement.

Étude de la variante d’histone H2A.Z et du cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II chez Saccharomyces cerevisiae

La chromatine est plus qu’un système d’empaquetage de l’ADN ; elle est le support de toutes les réactions liées à l’ADN dans le noyau des cellules eucaryotes et participe au contrôle de l’accès de l’ARN polymérase II (ARNPolII) à l’ADN. Responsable de la transcription de tous les ARNm des cellules eucaryotes, l’ARNPolII doit, suivant son recrutement aux promoteurs des gènes, transcrire l’ADN en traversant la matrice chromatinienne. Grâce au domaine C-terminal (CTD) de sa sous-unité Rpb1, elle coordonne la maturation de l’ARNm en cours de synthèse ainsi que les modifications de la chromatine, concomitantes à la transcription. Cette thèse s’intéresse à deux aspects de la transcription : la matrice, avec la localisation de la variante d’histone H2A.Z, et la machinerie de transcription avec le cycle de phosphorylation du CTD de l’ARNPolII. Suivant l’introduction, le chapitre 2 de cette thèse constitue un protocole détaillé et annoté de la technique de ChIP-chip, chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Cette technique phare dans l’étude in vivo des phénomènes liés à l’ADN a grandement facilité l’étude du rôle de la chromatine dans les phénomènes nucléaires, en permettant de localiser sur le génome les marques et les variantes d’histones. Ce chapitre souligne l’importance de contrôles adéquats, spécifiques à l’étude de la chromatine. Au chapitre 3, grâce à la méthode de ChIP-chip, la variante d’histone H2A.Z est cartographiée au génome de la levure Saccharomyces cerevisiae avec une résolution d’environ 300 paires de bases. Nos résultats montrent que H2A.Z orne un à deux nucléosomes au promoteur de la majorité des gènes. L’enrichissement de H2A.Z est anticorrélé à la transcription et nos résultats suggèrent qu’elle prépare la chromatine pour l’activation des gènes. De plus H2A.Z semble réguler la localisation des nucléosomes. Le chapitre suivant s’intéresse à la transcription sous l’angle de la machinerie de transcription en se focalisant sur le cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II. Le domaine C-terminal de sa plus large sous-unité est formé de répétitions d’un heptapeptide YSPTSPS dont les résidus peuvent être modifiés au cours de la transcription. Cette étude localise les marques de phosphorylation des trois résidus sérine de manière systématique dans des souches mutantes des kinases et phosphatases. Nos travaux confirment le profil universel des marques de phosphorylations aux gènes transcrits. Appuyés par des essais in vitro, ils révèlent l’interaction complexe des enzymes impliqués dans la phosphorylation, et identifient Ssu72 comme la phosphatase de la sérine 7. Cet article appuie également la notion de « variantes » des marques de phosphorylation bien que leur étude spécifique s’avère encore difficile. La discussion fait le point sur les travaux qui ont suivi ces articles, et sur les expériences excitantes en cours dans notre laboratoire.