Transposon tagging of tobacco mosaic virus resistance gene N: its possible role in the TMV-N-mediated signal transduction pathway.

Plants can recognize and resist invading pathogens by signaling the induction of rapid defense responses. Often these responses are mediated by single dominant resistance genes (R genes). The products of R genes have been postulated to recognize the pathogen and trigger rapid host defense responses. Here we describe isolation of the classical resistance gene N of tobacco that mediates resistance to the well-characterized pathogen tobacco mosaic virus (TMV). The N gene was isolated by transposon tagging using the maize Activator (Ac) transposon. We confirmed isolation of the N gene by complementation of the TMV-sensitive phenotype with a genomic DNA fragment. Sequence analysis of the N gene shows that it encodes a protein with an amino-terminal domain similar to that of the cytoplasmic domains of the Drosophila Toll protein and the interleukin 1 receptor in mammals, a putative nucleotide-binding site and 14 imperfect leucine-rich repeats. The presence of these functional domains in the predicted N gene product is consistent with the hypothesis that the N resistance gene functions in a signal transduction pathway. Similarities of N to Toll and the interleukin 1 receptor suggest a similar signaling mechanism leading to rapid gene induction and TMV resistance.

Use of Arabidopsis thaliana defense-related mutants to dissect the plant response to pathogens.

The plant defense response to microbial pathogens had been studied primarily by using biochemical and physiological techniques. Recently, several laboratories have developed a variety of pathosystems utilizing Arabidopsis thaliana as a model host so that genetic analysis could also be used to study plant defense responses. Utilizing a pathosystem that involves the infection of Arabidopsis with pathogenic pseudomonads, we have cloned the Arabidopsis disease-resistance gene RPS2, which corresponds to the avirulence gene avrRpt2 in a gene-for-gene relationship. RPS2 encodes a 105-kDa protein containing a leucine zipper, a nucleotide binding site, and 14 imperfect leucine-rich repeats. The RPS2 protein is remarkably similar to the product of the tobacco N gene, which confers resistance to tobacco mosaic virus. We have also isolated a series of Arabidopsis mutants that synthesize decreased levels of an Arabidopsis phytoalexin called camalexin. Analysis of these mutants indicated that camalexin does not play a significant role in limiting growth of avirulent Pseudomonas syringae strains during the hypersensitive defense response but that it may play a role in limiting the growth of virulent strains. More generally, we have shown that we can utilize Arabidopsis to systematically dissect the defense response by isolation and characterization of appropriate defense-related mutants.

Centromere identification and inactivation on a neo-Y chromosome fusion in threespine stickleback fish (Gasterosteus aculeatus)

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-05

Human mesenchymal stem cells stimulate EaHy926 endothelial cell migration:combined proteomic and in vitro analysis of the influence of donor-donor variability

Mesenchymal stem cells (MSCs) stimulate angiogenesis within a wound environment and this effect is mediated through paracrine interactions with the endothelial cells present. Here we report that human MSC-conditioned medium (n=3 donors) significantly increased EaHy-926 endothelial cell adhesion and cell migration, but that this stimulatory effect was markedly donor-dependent. MALDI-TOF/TOF mass spectrometry demonstrated that whilst collagen type I and fibronectin were secreted by all of the MSC cultures, the small leucine rich proteoglycan, decorin was secreted only by the MSC culture that was least effective upon EaHy-926 cells. These individual extracellular matrix components were then tested as culture substrata. EaHy-926 cell adherence was greatest on fibronectin-coated surfaces with least adherence on decorin-coated surfaces. Scratch wound assays were used to examine cell migration. EaHy-926 cell scratch wound closure was quickest on substrates of fibronectin and slowest on decorin. However, EaHy-926 cell migration was stimulated by the addition of MSC-conditioned medium irrespective of the types of culture substrates. These data suggest that whilst the MSC secretome may generally be considered angiogenic, the composition of the secretome is variable and this variation probably contributes to donor-donor differences in activity. Hence, screening and optimizing MSC secretomes will improve the clinical effectiveness of pro-angiogenic MSC-based therapies.

Genetic manipulation of Anopheles stephensi immunity to increase plasmodium falciparum salivary gland sporozoite infection levels

Human malaria is responsible for over 700,000 deaths a year. To stay abreast of the threat posed by the parasite, a constant stream of new drugs and vector control methods are required. This study focuses on a vaccine that has the potential to protect against parasite infection, but has been hindered by developmental challenges. In malaria prevention, live, attenuated, aseptic, Plasmodium falciparum sporozoites (PfSPZ) can be administered as a highly protective vaccine. PfSPZ are produced using adult female Anopheles stephensi mosquitoes as bioreactors. Production volume and cost of a PfSPZ vaccine for malaria are expected to be directly correlated with Plasmodium falciparum infection intensity in the salivary glands. The sporogonic development of Plasmodium falciparum in A. stephensi to fully infected salivary gland stage sporozoites is dictated by the activities of several known components of the mosquito’s innate immune system. Here I report on the use of genetic technologies that have been rarely, if ever, used in Anopheles stephensi Sda500 to increase the yield of sporozoites per mosquito and enhance vaccine production. By combining the Gal4/UAS bipartite system with in vivo expression of shRNA gene silencing, activity of the IMD signaling pathway downstream effector LRIM1, an antagonist to Plasmodium development, was reduced in the midgut, fat body, and salivary glands of A. stephensi. In infection studies using P. berghei and P. falciparum these transgenic mosquitoes consistently produced significantly more salivary gland stage sporozoites than wildtype controls, with increases in P. falciparum ranging from 2.5 to 10 fold. Using Plasmodium infection assays and qRT-PCR, two novel findings were identified. First, it was shown that 14 days post Plasmodium infection, transcript abundance of the IMD immune effector genes LRIM1, TEP1 and APL1c are elevated, in the salivary glands of A. stephensi, suggesting the salivary glands may play a role in post midgut defense against the parasite. Second, a non-pathogenic IMD signaling pathway response was observed which could suggest an alternative pathway for IMD activation. The information gained from these studies has significantly increased our knowledge of Plasmodium defense in A. stephensi and moreover could significantly improve vaccine production.

Human chromosomal fragile site FRA16B is an amplified AT-rich minisatellite repeat

Fragile sites are nonstaining gaps in chromosomes induced by specific tissue culture conditions. They vary both in population frequency and in the culture conditions required for induction. Folate-sensitive fragile sites are due to expansion of p(CCG)(n) trinucleotide repeats; however, the relationship between sequence composition and the chemistry of induction of fragile sites is unclear. To clarify this relationship, the distamycin A-sensitive fragile site FRA16B was isolated by positional cloning and found to be an expanded 33 bp AT-rich minisatellite repeat, p(ATATATTATATATTATATCTAATAATATAT(C)/(A)TA)(n) (consistent with DNA sequence binding preferences of chemicals that induce its cytogenetic expression). Therefore the mutation mechanism associated with trinucleotide repeats is also a property of minisatellite repeats (variable number tandem repeats).

Maternal embryonic leucine zipper kinase transcript abundance correlates with malignancy grade in human astrocytomas

We have performed cDNA microarray analyses to identify gene expression differences between highly invasive glioblastoma multiforme (GBM) and typically benign pilocytic astrocytomas (PA). Despite the significant clinical and pathological differences between the 2 tumor types, only 63 genes were found to exhibit 2-fold or greater overexpression in GBM as compared to PA. Forty percent of these genes are related to the regulation of the cell cycle and mitosis. QT-PCR validation of 6 overexpressed genes: MELK, AUKB, ASPM, PRC1, IL13RA2 and KIAA0101 confirmed at least a 5-fold increase in the average expression levels in GBM. Maternal embryonic leucine zipper kinase (MELK) exhibited the most statistically significant difference. A more detailed investigation of MELK expression was undertaken to study its oncogenic relevance. In the examination of more than 100 tumors of the central nervous system, we found progressively higher expression of MELK with astrocytoma grade and a noteworthy uniformity of high level expression in GBM. Similar level of overexpression was also observed in medulloblastoma. We found neither gene promoter hypomethylation nor amplification to be a factor in MELK expression, but were able to demonstrate that MELK knockdown in malignant astrocytoma cell lines caused a reduction in proliferation and anchorage-independent growth in in vitro assays. Our results indicate that GBM and PA differ by the expression of surprisingly few genes. Among them, MELK correlated with malignancy grade in astrocytomas and represents a therapeutic target for the management of the most frequent brain tumors in adult and children. (C) 2007 Wiley-Liss, Inc.

A novel role for proline- and acid-rich basic region leucine zipper (PAR bZIP) proteins in the transcriptional regulation of a BH3-only proapoptotic gene.

Proline- and acid-rich (PAR) basic region leucine zipper (bZIP) proteins thyrotroph embryonic factor (TEF), D-site-binding protein (DBP), and hepatic leukemia factor have been involved in neurotransmitter homeostasis and amino acid metabolism. Here we demonstrate a novel role for these proteins in the transcriptional control of a BH3-only gene. PAR bZIP proteins are able to transactivate the promoter of bcl-gS. This promoter is particularly responsive to TEF activation and is silenced by NFIL3, a repressor that shares the consensus binding site with PAR bZIP proteins. Consistently, transfection of TEF induces the expression of endogenous bcl-gS in cancer cells, and this induction is independent of p53. A naturally occurring variant of DBP (tDBP), lacking the transactivation domain, has been identified and shown to impede the formation of active TEF dimers in a competitive manner and to reduce the TEF-dependent induction of bcl-gS. Of note, treatment of cancer cells with etoposide induces TEF activation and promotes the expression of bcl-gS. Furthermore, blockade of bcl-gS or TEF expression by a small interfering RNA strategy or transfection with tDBP significantly reduces the etoposide-mediated apoptotic cell death. These findings represent the first described role for PAR bZIP proteins in the regulation of a gene involved in the execution of apoptosis.

Proline- and acidic amino acid-rich basic leucine zipper proteins modulate peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPAR alpha) activity.

In mammals, many aspects of metabolism are under circadian control. At least in part, this regulation is achieved by core-clock or clock-controlled transcription factors whose abundance and/or activity oscillate during the day. The clock-controlled proline- and acidic amino acid-rich domain basic leucine zipper proteins D-site-binding protein, thyrotroph embryonic factor, and hepatic leukemia factor have previously been shown to participate in the circadian control of xenobiotic detoxification in liver and other peripheral organs. Here we present genetic and biochemical evidence that the three proline- and acidic amino acid-rich basic leucine zipper proteins also play a key role in circadian lipid metabolism by influencing the rhythmic expression and activity of the nuclear receptor peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα). Our results suggest that, in liver, D-site-binding protein, hepatic leukemia factor, and thyrotroph embryonic factor contribute to the circadian transcription of genes specifying acyl-CoA thioesterases, leading to a cyclic release of fatty acids from thioesters. In turn, the fatty acids act as ligands for PPARα, and the activated PPARα receptor then stimulates the transcription of genes encoding proteins involved in the uptake and/or metabolism of lipids, cholesterol, and glucose metabolism.

Peroxisome proliferator-activated receptor mediates cross-talk with thyroid hormone receptor by competition for retinoid X receptor. Possible role of a leucine zipper-like heptad repeat.

The peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) and thyroid hormone receptors (TR) are members of the nuclear receptor superfamily, which regulate lipid metabolism and tissue differentiation. In order to bind to DNA and activate transcription, PPAR requires the formation of heterodimers with the retinoid X receptor (RXR). In addition to activating transcription through its own response elements, PPAR is able to selectively down-regulate the transcriptional activity of TR, but not vitamin D receptor. The molecular basis of this functional interaction has not been fully elucidated. By means of site-directed mutagenesis of hPPAR alpha we mapped its inhibitory action on TR to a leucine zipper-like motif in the ligand binding domain of PPAR, which is highly conserved among all subtypes of this receptor and mediates heterodimerization with RXR. Replacement of a single leucine by arginine at position 433 of hPPAR alpha (L433R) abolished heterodimerization of PPAR with RXR and consequently its trans-activating capacity. However, a similar mutation of a leucine residue to arginine at position 422 showed no alteration of heterodimerization, DNA binding, or transcriptional activation. The dimerization deficient mutant L433R was no longer able to inhibit TR action, demonstrating that the selective inhibitory effect of PPAR results from the competition for RXR as well as possibly for other TR-auxiliary proteins. In contrast, abolition of DNA binding by a mutation in the P-box of PPAR (C122S) did not eliminate the inhibition of TR trans-activation, indicating that competition for DNA binding is not involved. Additionally, no evidence for the formation of PPAR:TR heterodimers was found in co-immunoprecipitation experiments. In summary, we have demonstrated that PPAR selectively inhibits the transcriptional activity of TRs by competition for RXR and possibly non-RXR TR-auxiliary proteins. In contrast, this functional interaction is independent of the formation of PPAR:TR heterodimers or competition for DNA binding.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.

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

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