ATM acts downstream of ATR in the DNA damage response signaling of bystander cells.

This study identifies ataxia-telangiectasia mutated (ATM) as a further component of the complex signaling network of radiation-induced DNA damage in nontargeted bystander cells downstream of ataxia-telangiectasia and Rad3-related (ATR) and provides a rationale for molecular targeted modulation of these effects. In directly irradiated cells, ATR, ATM, and DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) deficiency resulted in reduced cell survival as predicted by the known important role of these proteins in sensing DNA damage. A decrease in clonogenic survival was also observed in ATR/ATM/DNA-PK–proficient, nonirradiated bystander cells, but this effect was completely abrogated in ATR and ATM but not DNA-PK–deficient bystander cells. ATM activation in bystander cells was found to be dependent on ATR function. Furthermore, the induction and colocalization of ATR, 53BP1, ATM-S1981P, p21, and BRCA1 foci in nontargeted cells was shown, suggesting their involvement in bystander DNA damage signaling and providing additional potential targets for its modulation. 53BP1 bystander foci were induced in an ATR-dependent manner predominantly in S-phase cells, similar to ?H2AX foci induction. In conclusion, these results provide a rationale for the differential modulation of targeted and nontargeted effects of radiation.

Na–H Exchange Acts Downstream of RhoA to Regulate Integrin-induced Cell Adhesion and Spreading

The ubiquitously expressed Na–H exchanger NHE1 functions in regulating intracellular pH and cell volume. NHE1 activity is stimulated by hormones, growth factors, and activation of integrin receptors. We recently determined that NHE1 activity is also stimulated by activation of the low molecular weight GTPase RhoA and that increases in NHE1 activity are necessary for RhoA-induced formation of actin stress fibers. We now show that NHE1 acts downstream of RhoA to modulate initial steps in integrin signaling for the assembly of focal adhesions. Adhesion of CCL39 fibroblasts on fibronectin was markedly delayed in the presence of the NHE inhibitor ethylisopropylamiloride. In mutant PS120 cells, derived from CCL39 fibroblasts but lacking NHE1, adhesion was also delayed but was rescued in PS120 cells stably expressing NHE1. In the absence of NHE1 activity, cell spreading was inhibited, and the accumulation of integrins, paxillin, and vinculin at focal contacts was impaired. Additionally, tyrosine phosphorylation of p125FAK induced by integrin clustering was also impaired. Inactivation of RhoA with C3 transferase and inhibition of the Rho-kinase p160ROCK with the pyridine derivative Y-27632 completely abolished activation of NHE1 by integrins but not by platelet-derived growth factor. These findings indicate that NHE1 acts downstream of RhoA to contribute a previously unrecognized critical signal to proximal events in integrin-induced cytoskeletal reorganization.

Prdm1 acts downstream of a sequential RA, Wnt and Fgf signaling cascade during zebrafish forelimb induction

Vertebrate limb induction is triggered in the lateral plate mesoderm (LPM) by a cascade of signaling events originating in the axial mesoderm. While it is known that Fgf, Wnt and retinoic acid (RA) signals are involved in this cascade, their precise regulatory hierarchy has not been determined in any species. tbx5 is the earliest gene expressed in the limb bud mesenchyme. Recently, another transcription factor, Prdm1, has been shown to be crucial for zebrafish forelimb development. Here, we show that Prdm1 is downstream of RA, Wnt2b and Tbx5 activity. We find that RA activity, but not Fgf signaling, is necessary for wnt2b expression. Fgf signaling is required for prdm1 expression in the fin bud, but is not necessary for the initiation of tbx5 expression. We propose a model in which RA signaling from the somitic mesoderm leads to activation of wnt2b expression in the intermediate mesoderm, which then signals to the LPM to trigger tbx5 expression. tbx5 is required for Fgf signaling in the limb bud leading to activation of prdm1 expression, which in turn is required for downstream activation of fgf10 expression.

Osteopontin is a downstream effector of the PI3-kinase pathway in melanomas that is inversely correlated with functional PTEN

The tumor suppressor PTEN antagonizes phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), which contributes to tumorigenesis in many cancer types. While PTEN mutations occur in some melanomas, their precise mechanistic consequences have yet to be elucidated. We sought to identify novel downstream effectors of PI3K using a combination of genomic and functional tests. Microarray analysis of 53 melanoma cell lines identified 610 genes differentially expressed (P<0.05) between wild-type lines and those with PTEN aberrations. Many of these genes are known to be involved in the PI3K pathway and other signaling pathways influenced by PTEN. Validation of differential gene expression by qRT-PCR was performed in the original 53 cell lines and an independent set of 18 melanoma lines with known PTEN status. Osteopontin (OPN), a secreted glycophosphoprotein that contributes to tumor progression, was more abundant at both the mRNA and protein level in PTEN mutants. The inverse correlation between OPN and PTEN expression was validated (P<0.02) by immunohistochemistry using melanoma tissue microarrays. Finally, treatment of cell lines with the PI3K inhibitor LY294002 caused a reduction in expression of OPN. These data indicate that OPN acts downstream of PI3K in melanoma and provides insight into how PTEN loss contributes to melanoma development.

Identification of cyclins A1, E1 and vimentin as downstream targets of heme oxygenase-1 in vascular endothelial growth factor-mediated angiogenesis

Angiogenesis is an essential physiological process and an important factor in disease pathogenesis. However, its exploitation as a clinical target has achieved limited success and novel molecular targets are required. Although heme oxygenase-1 (HO-1) acts downstream of vascular endothelial growth factor (VEGF) to modulate angiogenesis, knowledge of the mechanisms involved remains limited. We set out identify novel HO-1 targets involved in angiogenesis. HO-1 depletion attenuated VEGF-induced human endothelial cell (EC) proliferation and tube formation. The latter response suggested a role for HO-1 in EC migration, and indeed HO-1 siRNA negatively affected directional migration of EC towards VEGF; a phenotype reversed by HO-1 over-expression. EC from Hmox1(-/-) mice behaved similarly. Microarray analysis of HO-1-depleted and control EC exposed to VEGF identified cyclins A1 and E1 as HO-1 targets. Migrating HO-1-deficient EC showed increased p27, reduced cyclin A1 and attenuated cyclin-dependent kinase 2 activity. In vivo, cyclin A1 siRNA inhibited VEGF-driven angiogenesis, a response reversed by Ad-HO-1. Proteomics identified structural protein vimentin as an additional VEGF-HO-1 target. HO-1 depletion inhibited VEGF-induced calpain activity and vimentin cleavage, while vimentin silencing attenuated HO-1-driven proliferation. Thus, vimentin and cyclins A1 and E1 represent VEGF-activated HO-1-dependent targets important for VEGF-driven angiogenesis.

PlexinA4 is necessary as a downstream target of Islet2 to mediate Slit signaling for promotion of sensory axon branching

Slit is a secreted protein known to repulse the growth cones of commissural neurons. By contrast, Slit also promotes elongation and branching of axons of sensory neurons. The reason why different neurons respond to Slit in different ways is largely unknown. Islet2 is a LIM/homeodomaintype transcription factor that specifically regulates elongation and branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons in zebrafish embryos. We found that PlexinA4, a transmembrane protein known to be a coreceptor for class III semaphorins, acts downstream of Islet2 to promote branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons. Intriguingly, repression of PlexinA4 function by injection of the antisense morpholino oligonucleotide specific to PlexinA4 or by overexpression of the dominant-negative variant of PlexinA4 counteracted the effects of overexpression of Slit2 to induce branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons in zebrafish embryos, suggesting involvement of PlexinA4 in the Slit signaling cascades for promotion of axonal branching of the sensory neurons. Colocalized expression of Robo, a receptor for Slit2, and PlexinA4 is observed not only in the primary sensory neurons of zebrafish embryos but also in the dendrites of the pyramidal neurons of the cortex of the mammals, and may be important for promoting the branching of either axons or dendrites in response to Slit, as opposed to the growth cone collapse.

VEGFR-3 and Tie pathways in vascular network formation

The blood and lymphatic vascular systems are essential for life, but they may become harnessed for sinister purposes in pathological conditions. For example, tumors learn to grow a network of blood vessels (angiogenesis), securing a source of oxygen and nutrients for sustained growth. On the other hand, damage to the lymph nodes and the collecting lymphatic vessels may lead to lymphedema, a debilitating condition characterized by peripheral edema and susceptibility to infections. Promoting the growth of new lymphatic vessels (lymphangiogenesis) is an attractive approach to treat lymphedema patients. Angiopoietin-1 (Ang1), a ligand for the endothelial receptor tyrosine kinases Tie1 and Tie2. The Ang1/Tie2 pathway has previously been implicated in promoting endothelial stability and integrity of EC monolayers. The studies presented here elucidate a novel function for Ang1 as a lymphangiogenic factor. Ang1 is known to decrease the permeability of blood vessels, and could thus act as a more global antagonist of plasma leakage and tissue edema by promoting growth of lymphatic vessels and thereby facilitating removal of excess fluid and other plasma components from the interstitium. These findings reinforce the idea that Ang1 may have therapeutic value in conditions of tissue edema. VEGFR-3 is present on all endothelia during development, but in the adult its expression becomes restricted to the lymphatic endothelium. VEGF-C and VEGF-D are ligands for VEGFR-3, and potently promote lymphangiogenesis in adult tissues, with direct and remarkably specific effects on the lymphatic endothelium in adult tissues. The data presented here show that VEGF-C and VEGF-D therapy can restore collecting lymphatic vessels in a novel orthotopic model of breast cancer-related lymphedema. Furthermore, the study introduces a novel approach to improve VEGF-C/VEGF-D therapy by using engineered heparin-binding forms of VEGF-C, which induced the rapid formation of organized lymphatic vessels. Importantly, VEGF-C therapy also greatly improved the survival and integration of lymph node transplants. The combination of lymph node transplantation and VEGF-C therapy provides a basis for future therapy of lymphedema. In adults, VEGFR-3 expression is restricted to the lymphatic endothelium and the fenestrated endothelia of certain endocrine organs. These results show that VEGFR-3 is induced at the onset of angiogenesis in the tip cells that lead the formation of new vessel sprouts, providing a tumor-specific vascular target. VEGFR-3 acts downstream of VEGF/VEGFR-2 signals, but, once induced, can sustain angiogenesis when VEGFR-2 signaling is inhibited. The data presented here implicate VEGFR-3 as a novel regulator of sprouting angiogenesis along with its role in regulating lymphatic vessel growth. Targeting VEGFR-3 may provide added efficacy to currently available anti-angiogenic therapeutics, which typically target the VEGF/VEGFR-2 pathway.

Biphasic regulation of H2O2 on angiogenesis implicated NADPH oxidase

ROS (reactive oxygen species) take an important signalling role in angiogenesis. Although there are several ways to produce ROS in cells, multicomponent non-phagocytic NADPH oxidase is an important source of ROS that contribute to angiogenesis. In the present work, we examined the effects of H2O2 on angiogenesis including proliferation and migration in HUVECs (human umbilical vein endothelial cells), new vessel formation in chicken embryo CAM (chorioallantoic membrane) and endothelial cell apoptosis, which is closely related to anti-angiogenesis. Our results showed that H2O2 dose-dependently increased the generation of O-2(-) (superoxide anion) in HUVECs, which was suppressed by DPI (diphenylene iodonium) and APO (apocynin), two inhibitors of NADPH oxidase. H2O2 at low concentrations (10 mu M) stimulated cell proliferation and migration, but at higher concentrations, inhibited both. Similarly, H2O2 at 4 nmol/cm(2) strongly induced new vessel formation in CAM, while it suppressed at high concentrations (higher than 4 nmol/cm(2)). Also, H2O2 (200 similar to 500 mu M) could stimulate apoptosis in HUVECs. All the effects of H2O2 on angiogenesis could be suppressed by NADPH oxidase inhibitors, which suggests that NADPH oxidase acts downstream of H2O2 to produce O-2(-) and then to regulate angiogenesis. In summary, our results suggest that H2O2 as well as O-2(-) mediated by NADPH oxidase have biphasic effects on angiogenesis in vitro and in vivo.

COS1: an Arabidopsis coronatine insensitive1 suppressor essential for regulation of jasmonate-mediated plant defense and senescence.

The Arabidopsis thaliana CORONATINE INSENSITIVE1 (COI1) gene encodes an F-box protein to assemble SCF(COI1) complexes essential for response to jasmonates (JAs), which are a family of plant signaling molecules required for many essential functions, including plant defense and reproduction. To better understand the molecular basis of JA action, we screened for suppressors of coi1 and isolated a coi1 suppressor1 (cos1) mutant. The cos1 mutation restores the coi1-related phenotypes, including defects in JA sensitivity, senescence, and plant defense responses. The COS1 gene was cloned through a map-based approach and found to encode lumazine synthase, a key component in the riboflavin pathway that is essential for diverse yet critical cellular processes. We demonstrated a novel function for the riboflavin pathway that acts downstream of COI1 in the JA signaling pathway and is required for suppression of the COI1-mediated root growth, senescence, and plant defense.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.

Étude sur les fonctions in vivo des GEFs DOCK chez les mammifères

Dock1 (aussi nommé Dock180) est le membre prototypique de la famille Dock d’activateurs des petites GTPases de la famille Rho. Dock1 agit au sein d’une voie de signalisation conservée au cours de l’évolution et des études génétiques ont démontré que les orthologues de Dock1, myoblast city (mbc) chez la drosophile et Ced-5 chez le nématode, activent Rac dans divers processus biologiques. Notamment, mbc est un important régulateur de la fusion des myoblastes lors de la formation des fibres musculaires de drosophile. Mbc est aussi essentiel à la migration collective d’un groupe de cellules, appelées cellules de bordures, lors de leur migration dans la chambre de l’oeuf suite à l’activation de récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK). La migration collective des cellules de bordures récapitule certains des événements observés lorsque des cellules tumorales envahissent le tissu environnant lors de la formation de métastases. Chez les mammifères, des études réalisées en lignées cellulaires suggèrent que Dock1 est aussi un régulateur du cytosquelette lors de la migration cellulaire. De plus, certaines études ont démontré que la voie Dock1/Rac agit en aval de RTKs lors de l’invasion de cellules de glioblastome. Néanmoins, les fonctions in vivo de Dock1 chez les mammifères demeurent méconnues et le but de cette thèse est d’identifier et de caractériser certaines de ses fonctions. Guidés par la fonction de mbc, nous démontrons dans l’objectif no 1 un rôle essentiel pour ce gène au cours du développement embryonnaire grâce à la caractérisation d’une souris Dock1 knock-out. Des défauts sévères de fusion des myoblastes sont observés en absence de l’expression de Dock1 et ils contribuent à la réduction de la masse musculaire des souris mutantes. De plus, nous avons constaté une contribution du gène Dock5, un membre de la famille Dock proche de Dock1, au développement des fibres musculaires. Dans l’objectif no 2, nous avons observé que des hauts niveaux d’expression de DOCK1 corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patientes atteintes de cancer du sein possédant une forte expression du gène codant pour le RTK HER2. Une surexpression ou une amplification du locus codant pour le récepteur HER2 est associée à près de 20% des cas de cancer du sein. Les cancers de ces patientes développent fréquemment des métastases et sont associés à un mauvais pronostic. Des études biochimiques ont révélé que DOCK1 interagit avec le récepteur HER2 dans des cellules de cancer du sein. De plus, DOCK1 est essentiel à l’activation de RAC et à la migration cellulaire induite par HER2 dans ces cellules. L’utilisation d’un modèle de cancer du sein médié par HER2 chez la souris combiné avec l’inactivation du gène Dock1 dans les glandes mammaires, nous a permis d’identifier Dock1 et Rac comme de nouveaux effecteurs de la croissance tumorale et de la formation de métastases régulées par l’oncogène HER2. Nous concluons que l’utilisation de différents modèles de souris knock-out pour le gène Dock1 nous a permis d’identifier des fonctions clés de ce gène. Tout comme son orthologue mbc, Dock1 joue un rôle important lors du développement embryonnaire en régulant notamment la fusion des myoblastes. Nos études ont également contribué à démontrer un important degré de conservation des mécanismes moléculaires de fusion entre les espèces. De plus, DOCK1 agit en aval du RTK HER2 et son expression dans les cellules épithéliales de glandes mammaires contribue au développement tumoral et à la formation de métastases induits par cet oncogène.

Feedback regulation of Gab2-dependent signaling by the Ras/MAPK pathway

La voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) occupe un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire, la prolifération, la différentiation et la motilité. Une régulation anormale des RTKs mène à plusieurs maladies humaines telles que le cancer du sein, la seconde cause de mortalité chez les femmes à cause de l’amplification et la mutation fréquente de la protéine tyrosine kinase HER2 (ERBB2). Grb2-associated binder (Gab) 2 est une protéine adaptatrice qui agit en aval de plusieurs RTKs, y compris HER2, pour réguler de multiples voies de signalisation. En réponse à la stimulation par de nombreux facteurs de croissances et cytokines, Gab2 est recruté à la membrane plasmique où il potentialise l’activation des voies de signalisation Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) et PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B). En plus d’occuper un rôle essentiel durant le développement du système hématopoïétique, Gab2 est souvent amplifié dans les cancers, notamment le cancer du sein et les mélanomes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui régulent le fonctionnement de Gab2 sont peu connus. Il est établi que lors de l’activation des RTKs, Gab2 est phosphorylé au niveau de plusieurs résidus Tyrosine, menant à l’association de différentes protéines comme p85 et Shp2. En plus de la phosphorylation en Tyrosine, notre laboratoire ainsi que d’autres groupes de recherche avons identifié que Gab2 est aussi phosphorylé au niveau de résidus Ser/Thr suite à l’activation de la voie de signalisation MAPK. Cependant, la régulation des fonctions de Gab2 par ces modifications post-traductionnelles est encore peu connue. Dans le but de comprendre comment Gab2 est régulé par la voie de signalisation MAPK, nous avons utilisé différentes approches. Dans la première partie de ma thèse, nous avons déterminé un nouveau mécanisme démontrant que la voie de signalisation Ras/MAPK, par le biais des protéines kinases RSK (p90 ribosomal S6 kinase), phosphoryle Gab2. Ce phénomène se produit à la fois in vivo et in vitro au niveau de trois résidus Ser/Thr conservés. Des mutations au niveau de ces sites de phosphorylation entrainent le recrutement de Shp2 menant à l’augmentation de la motilité cellulaire, ce qui suggère que les protéines RSK restreignent les fonctions dépendantes de Gab2. Ce phénomène est le résultat de la participation de RSK dans la boucle de rétroaction négative de la voie de signalisation MAPK. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que les protéines ERK1/2 phosphorylent Gab2 au niveau de plusieurs résidus pS/T-P à la fois in vitro et in vivo, entrainant l’inhibition du recrutement de p85. De plus, nous avons établi pour la première fois que Gab2 interagit physiquement avec ERK1/2 dans des cellules lors de l’activation de la voie de signalisation MAPK. Par ailleurs, nous avons montré un nouveau domaine d’attache du module ERK1/2 sur Gab2. Des mutations sur les résidus essentiels de ce domaine d’attache n’entrainent pas seulement la dissociation de ERK1/2 avec Gab2, mais diminuent également la phosphorylation dépendante de ERK1/2 sur Gab2. Ainsi, nos données montrent que la voie de signalisation MAPK régule les fonctions de la protéine Gab2 par le biais des kinases RSK et ERK1/2. Cette thèse élabore par ailleurs un schéma complet des fonctions de Gab2 dépendantes de la voie de signalisation MAPK dans le développement de nombreux cancers.

Unveiling the components of the signaling pathway between endosomes and the phagocytic uptake machinery in Dictyostelium discoideum

The soil amoebae Dictyostelium discoideum take up particles from their environment in order to obtain nutrition. The particle transits through the cell within a phagosome that fuses with organelles of different molecular compositions, undergoing a gradual degradation by different sets of hydrolytic enzymes. Griffiths’ concept of “phagosome individuality” predicts signaling from phagosomes into the cytoplasm, which might regulate many aspects of cell physiology. The finding that Dictyostelium cells depleted of the lysozyme AlyA or over-expressing the esterase Gp70 exhibit increased uptake of food particles, led to the postulation of a signaling cascade between endocytic compartments and the cytoskeletal uptake machinery at the plasma membrane. Assuming that Gp70 acts downstream of AlyA, gene-expression profiling of both mutants revealed different and overlapping sets of misregulated genes that might participate in this signaling cascade. Based on these results, we analyzed the effects of the artificial misregulation of six candidate genes by over-expression or negative genetic interference, in order to reconstruct at least part of the signaling pathway. SSB420 and SSL793 were chosen as candidates for the first signaling step, as they were up-regulated in AlyA-null cells and remained unaltered in the Gp70 over-expressing cells. The over-expression of SSB420 enhanced phagocytosis and raised the expression levels of Gp70, supporting its involvement in the signaling pathway between AlyA and Gp70 as a positive regulator of phagocytosis. However, this was not the case of cells over-expressing SSL793, as this mutation had no effects on phagocytosis. For the signaling downstream of Gp70, we studied four commonly misregulated genes in AlyA-depleted and Gp70 over-expressing cells. The expression levels of SLB350, SSB389 and TipD were lower in both mutants and therefore these were assumed as possible candidates for the negative regulation of phagocytosis. Cells depleted of SLB350 exhibited an increased phagocytic activity and no effect on Gp70 expression, proving its participation in the signaling pathway downstream of Gp70. Unlike SLB350, the disruption of the genes coding for SSB389 and TipD had no effects on particle uptake, excluding them from the pathway. The fourth candidate was Yipf1, the only gene that was commonly up-regulated in both mutants. Yet, the artificial over-expression of this protein had no effects on phagocytosis, so this candidate is also not included in the signaling pathway. Furthermore, localizing the products of the candidate genes within the cell helped unveiling several cellular organelles that receive signals from the phagosome and transduce them towards the uptake machinery.

Functional analysis of MRF4 during mouse embryogenesis

MRF4 is one of four skeletal muscle specific regulatory genes, (the other three genes being MyoD, myf5, and myogenin), each of which has the unique ability to orchestrate an entire program of muscle-specific transcription when introduced into diverse cell types. These findings have led to the notion that these factors function as master regulators of muscle cell fate. Analysis of mice lacking MyoD, myf5, and myogenin have further defined their roles in the commitment and differentiation of myotomal progenitor cells. Current data strongly supports the model that MyoD and myf5 share functional redundancy in determining the muscle cell lineage, while myogenin acts downstream of MyoD and myf5, to initiate myoblast differentiation. Unlike other myogenic bHLH genes, MRF4 is expressed predominantly in the adult, suggesting that it may function to regulate adult muscle maturation and maintenance. To test this hypothesis and to eventually incorporate MRF4 into a general model for muscle specification, differentiation, maturation and maintenance, I deleted the MRF4 gene. MRF4-null mice are viable and fertile, however, they show mild rib anomalies. In addition, the expression of myogenin is dramatically upregulated only in the adult, suggesting that myogenin may compensate for the loss of MRF4 in the adult, and MRF4 may normally suppress the expression of myogenin after birth. MRF4 is also required during muscle regeneration after injury.^ To determine the degree of genetic redundancy between MRF4-myogenin; and MRF4-MyoD, I crossed the MRF4-null mice with MyoD- and myogenin-null mice respectively. There are no additional muscle phenotypes in double-null progeny from a MRF4 and myogenin cross, suggesting that the existence of residual fibers in myogenin-null mice is not due to the presence of MRF4. MRF4 expression also cannot account for the ability of myogenin-null myoblasts to differentiate in vitro. However, the combination of the MRF4-null mutation with the myogenin-null mutation results in a novel rib phenotype. This result suggests that MRF4 modifies the myogenin-null rib phenotype, and MRF4 and myogenin play redundant roles in rib development.^ MRF4 also shares dosage effects with MyoD during mouse development. (MyoD+/$-$;MRF4$-$/$-$)mice are fertile and viable, while (MyoD$-$/$-$;MRF4+/$-$) mice die between birth and two weeks after birth, and have a small skeletal structure. The double homozygous mice for MRF4 and MyoD mutations are embryonic lethal and die at around E10.5. These results suggest that MRF4 and MyoD share overlapping functions during mouse embryogenesis. ^