Études structurales d’interactions protéine/protéine impliquées dans l’érythropoïèse

Le développement hématopoïétique est régulé par l’action combinée de facteurs de transcription lignée spécifiques et de la machinerie transcriptionnelle de base, permettant ainsi l’expression de gènes en temps et lieu appropriés. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude structurale et fonctionnelle d’interactions décisives pour la régulation de l’expression de gènes et impliquant des domaines de transactivation (TAD). En effet, les interactions faisant intervenir les TAD d’activateurs permettent de réguler l’activation de la transcription de façon spécifique. La première étude présentée dans cette thèse relate l'identification et la caractérisation d'une nouvelle interaction entre deux facteurs de transcription : le facteur hématopoïétique GATA-1 et la protéine suppresseur de tumeur p53. En combinant des études in vitro par titrage calorimétrique en condition isotherme (ITC) et par spectroscopie RMN et des études in vivo, nous avons identifié et caractérisé cette nouvelle interaction. Il s'avère que le TAD de p53 et le domaine de liaison à l’ADN de GATA-1 sont les domaines minimaux requis pour la formation de ce complexe. L'inhibition de la voie p53 par GATA-1 s’est avérée être la conséquence majeure de cette interaction, permettant ainsi le maintien en vie des précurseurs érythrocytaires via l’inhibition de l’apoptose. Un deuxième type d’interaction a fait l’objet d’études : l’interaction entre divers TAD et la machinerie transcriptionnelle de base, plus spécifiquement avec le Facteur général de Transcription IIH (TFIIH). La structure des complexes constitués par la sous-unité Tfb1/p62 du facteur TFIIH en interaction avec le TAD viral de VP16 d’une part, et avec le TAD humain du facteur érythrocytaire « Erythroid Krüppel-like factor» (EKLF) d’autre part, ont été résolues par spectroscopie RMN. La structure du complexe Tfb1/VP16 a révélée que le mode de liaison de VP16 à Tfb1 est similaire au mode de liaison du TAD de p53 avec le même partenaire. En effet, les TAD de VP16 et de p53 forment tous deux une hélice α de 9 résidus en interaction avec Tfb1. En dépit de partager avec p53 et VP16 le même site de liaison sur Tfb1/p62, la structure RMN du complexe EKLF/Tfb1 démontre que le mode d’interaction de ce TAD se distingue du mode de liaison canonique des activeurs transcriptionnels. Etonnamment, EKLF adopte un mécanisme de liaison semblable au mécanisme de liaison du facteur général de transcription TFIIEα avec p62, leurs conformations demeurent étendues en interaction avec Tfb1/p62. En se basant sur nos données structurales, nous avons identifié un résidu dans le TAD d'EKLF décisif pour la formation du complexe EKLF/p62 : le Trp73. La mutation de cet acide aminé perturbe son interaction avec Tfb1PH/p62PH et réduit significativement l'activité transcriptionnelle d'EKLF dans les érythrocytes.

Identification et caractérisation d'un domaine de transactivation dans l’hélicase E1 des papillomavirus humains

Les papillomavirus sont des virus à ADN qui infectent la peau et les muqueuses. Ils causent des verrues et peuvent aussi mener au développement de cancers, dont le cancer du col de l’utérus. La réplication de leur génome nécessite deux protéines virales : l’hélicase E1 et le facteur de transcription E2, qui recrute E1 à l’origine de réplication virale. Pour faciliter l’étude de la réplication du génome viral, un essai quantitatif et à haut débit basé sur l’expression de la luciférase a été développé. Parallèlement, un domaine de transactivation a été identifié dans la région régulatrice N-terminale de la protéine E1. La caractérisation de ce domaine a montré que son intégrité est importante pour la réplication de l’ADN. Cette étude suggère que le domaine de transactivation de E1 est une région protéique intrinsèquement désordonnée qui permet la régulation de la réplication du génome viral par son interaction avec diverses protéines.

Caractérisation structurale et fonctionnelle des interactions impliquant TFIIH et les domaines de transactivation viraux

Le facteur de transcription IIH (TFIIH) joue un rôle crucial dans la transcription et dans la réparation de l’ADN. La sous-unité Tfb1/p62 (levure et humain) de TFIIH interagit avec de nombreux facteurs de transcription (p53, NFκB, TFIIEα) et de réparation (Rad2/XPG and Rad4/XPC) (1). La majorité des interactions avec Tfb1/p62 requiert le domaine d’homologie à la Pleckstrin (PH) localisé dans la région N-terminal de la protéine (2, 3). Ce domaine PH forme des complexes avec des domaines de transactivation acide provenant de protéines cibles impliquées dans la transcription et la réparation de l’ADN. De récentes études ont montré que Tfb1/p62 est une cible pour les protéines virales telles que la protéine VP16 du virus de l’herpès simplex (HSV) de type 1, la protéine E1 du virus du papillome humain (VPH) et la protéine EBNA-2 du virus Epstein-Barr (EBV) (4, 5). Ces protéines virales interagissent avec la sous-unité Tfb1/p62 par un domaine de transactivation acide suggérant une interaction similaire à ce qui est observé chez les facteurs de transcription humains comme p53. Ce mémoire présente une caractérisation structurelle et fonctionnelle du complexe formé par la protéine virale EBNA2 et la protéine humaine Tfb1/p62. L’analyse est faite en utilisant le titrage calorimétrique isotherme (ITC), la résonance magnétique nucléaire (RMN) et une expérience de transactivation chez la levure. Cette étude amène une plus grande compréhension des protéines impliquées dans les maladies comme le lymphome de Burkitt et le lymphome de Hodgkin qui sont souvent associées à l’infection à l’EBV (revue dans (6)) et caractérise une cible potentielle pour un antiviral.

Étude sur la reconnaissance de l'ubiquitine par les domaines de transactivation acides des activateurs de transcription

Les domaines de transactivation (TAD) acides sont présents dans plusieurs protéines oncogéniques, virales et dans des facteurs de différenciation de cellules souches. Ces domaines acides contrôlent la transcription à travers une myriade d’interactions avec divers partenaires ce qui provoque l’activation de la transcription ou leur propre élimination. Cependant, dans la dernière décennie, de plus en plus de recherches ont démontré que les TAD possédaient un sous-domaine activation/dégradation (DAD) responsable pour une fonction d'activation de la transcription dépendante de la dégradation de la protéine. Un tel phénomène peut être accompli par plusieurs moyens tels que des modifications post-traductionnelles, l’association à des cofacteurs ou la formation d’un réseau d’interaction complexe en chaînes. Or, aucune preuve concrète n’a pu clairement démontrer le fonctionnement de la dépendance paradoxale entre ces deux fonctions sur un activateur de transcription. Le DAD, a été observé dans plusieurs facteurs de transcription incluant la protéine suppresseur de tumeur p53 et le facteur de différenciation érythrocyte EKLF. Un aspect particulier des DAD est que la composition de leur séquence d’acide aminé est fortement similaire à celle des domaines de liaison à l’ubiquitine (UBD) qui jouent un rôle clé dans le contrôle de la transcription à travers leur interaction non-covalente avec l’ubiquitine. Ainsi, dans ce mémoire, nous avons étudié la possibilité que les TAD acides soient capables d’agir comme UBD pour réguler leur fonction paradoxale à travers des interactions non-covalentes avec l’ubiquitine. L’analyse est faite en utilisant la résonnance magnétique nucléaire (RMN) ainsi qu’avec des essais fonctionnels de dégradation. En somme, cette étude amène une plus grande compréhension des protéines impliquées dans le contrôle des TAD et caractérise le tout premier exemple de TAD capable d’interagir avec l’ubiquitine.

Clusterin is a critical downstream mediator of stress-induced YB-1 transactivation in prostate cancer

Clusterin is a stress-activated, cytoprotective chaperone that confers broad-spectrum treatment resistance in cancer. However, the molecular mechanisms mediating CLU transcription following anticancer treatment stress remain incompletely defined. We report that Y-box binding protein-1 (YB-1) directly binds to CLU promoter regions to transcriptionally regulate clusterin expression. In response to endoplasmic reticulum stress inducers, including paclitaxel, YB-1 is translocated to the nucleus to transactivate clusterin. Furthermore, higher levels of activated YB-1 and clusterin are seen in taxane-resistant, compared with parental, prostate cancer cells. Knockdown of either YB-1 or clusterin sensitized prostate cancer cells to paclitaxel, whereas their overexpression increased resistance to taxane. Clusterin overexpression rescued cells from increased paclitaxel-induced apoptosis following YB-1 knockdown; in contrast, however, YB-1 overexpression did not rescue cells from increased paclitaxel-induced apoptosis following clusterin knockdown. Collectively, these data indicate that YB-1 transactivation of clusterin in response to stress is a critical mediator of paclitaxel resistance in prostate cancer. Mol Cancer Res; 9(12); 1755–66.

GEF-H1-RhoA signaling pathway mediates LPS-induced NF-κB transactivation and IL-8 synthesis in endothelial cells

Secretion of proinflammatory cytokines by LPS activated endothelial cells contributes substantially to the pathogenesis of sepsis. However, the mechanism involved in this process is not well understood. In the present study, we determined the roles of GEF-H1 (Guanine-nucleotide exchange factor-H1)-RhoA signalling in LPS-induced interleukin-8 (IL-8, CXCL8) production in endothelial cells. First, we observed that GEF-H1 expression was upregulated in a dose- and time-dependent manner as consistent with TLR4 (Toll-like receptor 4) expression after LPS stimulation. Afterwards, Clostridium difficile toxin B-10463 (TcdB-10463), an inhibitor of Rho activities, reduced LPS-induced NF-κB phosphorylation. Inhibition of GEF-H1 and RhoA expression reduced LPS-induced NF-κB and p38 phosphorylation. TLR4 knockout blocked LPS-induced activity of RhoA, however, MyD88 knockout did not impair the LPS-induced activity of RhoA. Nevertheless, TLR4 and MyD88 knockout both significantly inhibited transactivation of NF-κB. GEF-H1-RhoA and MyD88 both induced significant changes in NF-κB transactivation and IL-8 synthesis. Co-inhibition of GEF-H1-RhoA and p38 expression produced similar inhibitory effects on LPS-induced NF-κB transactivation and IL-8 synthesis as inhibition of p38 expression alone, thus confirming that activation of p38 was essential for the GEF-H1-RhoA signalling pathway to induce NF-κB transactivation and IL-8 synthesis. Taken together, these results demonstrate that LPS-induced NF-κB activation and IL-8 synthesis in endothelial cells are regulated by the MyD88 pathway and GEF-H1-RhoA pathway.

Different Modes of Transactivation of Bacteriophage Mu Late Promoters by Transcription Factor C

Transactivator protein C is required for the expression of bacteriophage Mu late genes from lys, I, P and mom promoters during lytic life cycle of the phage. The mechanism of transcription activation of mom gene by C protein is well understood. C activates transcription at Pmom by initial unwinding of the promoter DNA, thereby facilitating RNA polymerase (RNAP) recruitment. Subsequently, C interacts with the (sic) subunit of RNAP to enhance promoter clearance. The mechanism by which C activates other late genes of the phage is not known. We carried out promoter-polymerase interaction studies with all the late gene promoters to determine the individual step of C mediated activation. Unlike at P-mom, at the other three promoters, RNAP recruitment and closed complex formation are not C dependent. Instead, the action of C at P-lys, P-I, and P-P is during the isomerization from closed complex to open complex with no apparent effect at other steps of initiation pathway. The mechanism of transcription activation of mom and other late promoters by their common activator is different. This distinction in the mode of activation (promoter recruitment and escape versus isomerization) by the same activator at different promoters appears to be important for optimized expression of each of the late genes.

The neuropeptide pituitary adenylate cyclase activating protein stimulates human monocytes by transactivation of the Trk/NGF pathway.

Transactivation is a process whereby stimulation of G-protein-coupled receptors (GPCR) activates signaling from receptors tyrosine kinase (RTK). In neuronal cells, the neuropeptide pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) acting through the GPCR VPAC-1 exerts trophic effects by transactivating the RTK TrkA receptor for the nerve growth factor (NGF). Both PACAP and NGF have pro-inflammatory activities on monocytes. We have tested the possibility that in monocytes, PACAP, as reported in neuronal cells, uses NGF/TrkA signaling pathway. In these cells, PACAP increases TrkA tyrosine phosphorylations through a PI-3kinase dependent but phospholipase C independent pathway. K252a, an inhibitor of TrkA decreases PACAP-induced Akt and ERK phosphorylation and calcium mobilisation resulting in decreases in intracellular H2O2 production and membrane upregulation of CD11b expression, both functions being inhibited after anti-NGF or anti-TrkA antibody treatment. K252a also inhibits PACAP-associated NF-KB activity. Monocytes increase in NGF production is seen after micromolar PACAP exposure while nanomolar treatment which desensitizes cells to high dose of PACAP prevents PACAP-induced TrkA phosphorylation, H2O2 production and CD11b expression. Finally, NGF-dependent ERK activation and H2O2 production is pertussis toxin sensitive. Altogether these data indicate that in PACAP-activated monocytes some pro-inflammatory activities occur through transactivation mechanisms involving VPAC-1, NGF and TrkA-associated tyrosine kinase activity.

Beta-arrestin-mediated beta1-adrenergic receptor transactivation of the EGFR confers cardioprotection.

Deleterious effects on the heart from chronic stimulation of beta-adrenergic receptors (betaARs), members of the 7 transmembrane receptor family, have classically been shown to result from Gs-dependent adenylyl cyclase activation. Here, we identify a new signaling mechanism using both in vitro and in vivo systems whereby beta-arrestins mediate beta1AR signaling to the EGFR. This beta-arrestin-dependent transactivation of the EGFR, which is independent of G protein activation, requires the G protein-coupled receptor kinases 5 and 6. In mice undergoing chronic sympathetic stimulation, this novel signaling pathway is shown to promote activation of cardioprotective pathways that counteract the effects of catecholamine toxicity. These findings suggest that drugs that act as classical antagonists for G protein signaling, but also stimulate signaling via beta-arrestin-mediated cytoprotective pathways, would represent a novel class of agents that could be developed for multiple members of the 7 transmembrane receptor family.

Interactions of chromatin context, binding site sequence content, and sequence evolution in stress-induced p53 occupancy and transactivation.

Cellular stresses activate the tumor suppressor p53 protein leading to selective binding to DNA response elements (REs) and gene transactivation from a large pool of potential p53 REs (p53REs). To elucidate how p53RE sequences and local chromatin context interact to affect p53 binding and gene transactivation, we mapped genome-wide binding localizations of p53 and H3K4me3 in untreated and doxorubicin (DXR)-treated human lymphoblastoid cells. We examined the relationships among p53 occupancy, gene expression, H3K4me3, chromatin accessibility (DNase 1 hypersensitivity, DHS), ENCODE chromatin states, p53RE sequence, and evolutionary conservation. We observed that the inducible expression of p53-regulated genes was associated with the steady-state chromatin status of the cell. Most highly inducible p53-regulated genes were suppressed at baseline and marked by repressive histone modifications or displayed CTCF binding. Comparison of p53RE sequences residing in different chromatin contexts demonstrated that weaker p53REs resided in open promoters, while stronger p53REs were located within enhancers and repressed chromatin. p53 occupancy was strongly correlated with similarity of the target DNA sequences to the p53RE consensus, but surprisingly, inversely correlated with pre-existing nucleosome accessibility (DHS) and evolutionary conservation at the p53RE. Occupancy by p53 of REs that overlapped transposable element (TE) repeats was significantly higher (p<10-7) and correlated with stronger p53RE sequences (p<10-110) relative to nonTE-associated p53REs, particularly for MLT1H, LTR10B, and Mer61 TEs. However, binding at these elements was generally not associated with transactivation of adjacent genes. Occupied p53REs located in L2-like TEs were unique in displaying highly negative PhyloP scores (predicted fast-evolving) and being associated with altered H3K4me3 and DHS levels. These results underscore the systematic interaction between chromatin status and p53RE context in the induced transactivation response. This p53 regulated response appears to have been tuned via evolutionary processes that may have led to repression and/or utilization of p53REs originating from primate-specific transposon elements.

ERM transactivation is up-regulated by the repression of DNA binding after the PKA phosphorylation of a consensus site at the edge of the ETS domain

The final step of the transduction pathway is the activation of gene transcription, which is driven by kinase cascades leading to changes in the activity of many transcription factors. Among these latter, PEA3/E1AF, ER81/ETV1, and ERM, members of the well conserved PEA3 group from the Ets family are involved in these processes. We show here that protein kinase A (PKA) increases the transcriptional activity of human ERM and human ETV1, through a Ser residue situated at the edge of the ETS DNA-binding domain. PKA phosphorylation does not directly affect the ERM transactivation domains but does affect DNA binding activity. Unphosphorylated wild-type ERM bound DNA avidly, whereas after PKA phosphorylation it did so very weakly. Interestingly, S367A mutation significantly reduced the ERM-mediated transcription in the presence of the kinase, and the DNA binding of this mutant, although similar to that of unphosphorylated wild-type protein, was insensitive to PKA treatment. Mutations, which may mimic a phosphorylated serine, converted ERM from an efficient DNA-binding protein to a poor DNA binding one, with inefficiency of PKA phosphorylation. The present data clearly demonstrate a close correlation between the capacity of PKA to increase the transactivation of ERM and the drastic down-regulation of the binding of the ETS domain to the targeted DNA. What we thus demonstrate here is a relatively rare transcription activation mechanism through a decrease in DNA binding, probably by the shift of a non-active form of an Ets protein to a PKA-phosphorylated active one, which should be in a conformation permitting a transactivation domain to be active.

Solution structure of the N-terminal transactivation domain of ERM modified by SUMO-1.

ERM is a member of the PEA3 group of the Ets transcription factor family that plays important roles in development and tumorigenesis. The PEA3s share an N-terminal transactivation domain (TADn) whose activity is inhibited by small ubiquitin-like modifier (SUMO). However, the consequences of sumoylation and its underlying molecular mechanism remain unclear. The domain structure of ERM TADn alone or modified by SUMO-1 was analyzed using small-angle X-ray scattering (SAXS). Low resolution shapes determined ab initio from the scattering data indicated an elongated shape and an unstructured conformation of TADn in solution. Covalent attachment of SUMO-1 does not perturb the structure of TADn as indicated by the linear arrangement of the SUMO moiety with respect to TADn. Thus, ERM belongs to the growing family of proteins that contain intrinsically unstructured regions. The flexible nature of TADn may be instrumental for ERM recognition and binding to diverse molecular partners.

Représentations sociales de l'interdisciplinarité des enseignants du domaine de l'univers social au premier cycle du secondaire

Cette recherche présente les éléments de représentation sociale de l'interdisciplinarité scolaire du personnel enseignant du premier cycle du secondaire au Québec. Elle s'inscrit dans le contexte du Renouveau pédagogique qui s'actualise par l'implantation du Programme de formation de l'école québécoise (Gouvernement du Québec). Notre recherche débute par une mise en contexte de la situation de l'interdisciplinarité au secondaire. Ensuite notre recherche expose son cadre conceptuel par lequel sont proposés les attributs de l'interdisciplinarité scolaire ainsi [sic]. C'est à partir de ces attributs que se construira notre grille de collecte et d'analyse. Notre collecte de donnée s'effectuera auprès de douze enseignants de la couronne nord de Montréal.