Caractérisation du domaine cytoplasmique du récepteur du facteur autocrine de motilité et formation du complexe AMFR/p97/ubiquitine

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation du domaine cytoplasmique du récepteur du facteur autocrine de motilité et formation du complexe AMFR/p97/ubiquitine

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Respiratory syncytial virus NS1 protein degrades STAT2 by using the elongin-cullin E3 ligase

Respiratory syncytial virus (RSV) infection causes bronchiolitis and pneumonia in infants. RSV has a linear single-stranded RNA genome encoding 11 proteins, 2 of which are nonstructural (NS1 and NS2). RSV specifically downregulates STAT2 protein expression, thus enabling the virus to evade the host type I interferon response. Degradation of STAT2 requires proteasomal activity and is dependent on the expression of RSV NS1 and NS2 (NS1/2). Here we investigate whether RSV NS proteins can assemble ubiquitin ligase (E3) enzymes to target STAT2 to the proteasome. We demonstrate that NS1 contains elongin C and cullin 2 binding consensus sequences and can interact with elongin C and cullin 2 in vitro; therefore, NS1 has the potential to act as an E3 ligase. By knocking down expression of specific endogenous E3 ligase components using small interfering RNA, NS1/2, or RSV-induced STAT2, degradation is prevented. These results indicate that E3 ligase activity is crucial for the ability of RSV to degrade STAT2. These data may provide the basis for therapeutic intervention against RSV and/or logically designed live attenuated RSV vaccines.

Mechanisms of mono- and poly-ubiquitination : ubiquitination specificity depends on compatibility between the E2 catalytic core and amino acid residues proximal to the lysine

Ubiquitination involves the attachment of ubiquitin to lysine residues on substrate proteins or itself, which can result in protein monoubiquitination or polyubiquitination. Ubiquitin attachment to different lysine residues can generate diverse substrate-ubiquitin structures, targeting proteins to different fates. The mechanisms of lysine selection are not well understood. Ubiquitination by the largest group of E3 ligases, the RING-family E3 s, is catalyzed through co-operation between the non-catalytic ubiquitin-ligase (E3) and the ubiquitin-conjugating enzyme (E2), where the RING E3 binds the substrate and the E2 catalyzes ubiquitin transfer. Previous studies suggest that ubiquitination sites are selected by E3-mediated positioning of the lysine toward the E2 active site. Ultimately, at a catalytic level, ubiquitination of lysine residues within the substrate or ubiquitin occurs by nucleophilic attack of the lysine residue on the thioester bond linking the E2 catalytic cysteine to ubiquitin. One of the best studied RING E3/ E2 complexes is the Skp1/Cul1/F box protein complex, SCFCdc4, and its cognate E2, Cdc34, which target the CDK inhibitor Sic1 for K48-linked polyubiquitination, leading to its proteasomal degradation. Our recent studies of this model system demonstrated that residues surrounding Sic1 lysines or lysine 48 in ubiquitin are critical for ubiquitination. This sequence-dependence is linked to evolutionarily conserved key residues in the catalytic region of Cdc34 and can determine if Sic1 is mono- or poly-ubiquitinated. Our studies indicate that amino acid determinants in the Cdc34 catalytic region and their compatibility to those surrounding acceptor lysine residues play important roles in lysine selection. This may represent a general mechanism in directing the mode of ubiquitination in E2 s.

The role of the TRAF-interacting protein in proliferation and differentiation.

Ubiquitination of proteins is a post-translational modification, which decides on the cellular fate of the protein. Addition of ubiquitin moieties to proteins is carried out by the sequential action of three enzymes: E1, ubiquitin-activating enzyme; E2, ubiquitin-conjugating enzyme; and E3, ubiquitin ligase. The TRAF-interacting protein (TRAIP, TRIP, RNF206) functions as Really Interesting New Gene (RING)-type E3 ubiquitin ligase, but its physiological substrates are not yet known. TRAIP was reported to interact with TRAF [tumor necrosis factor (TNF) receptor-associated factors] and the two tumor suppressors CYLD and Syk (spleen tyrosine kinase). Ectopically expressed TRAIP was shown to inhibit nuclear factor-kappa B (NF-κB) signalling. However, recent results suggested a role for TRAIP in biological processes other than NF-κB regulation. Knock-down of TRAIP in human epidermal keratinocytes repressed cellular proliferation and induced a block in the G1/S phase of the cell cycle without affecting NF-κB signalling. TRAIP is necessary for embryonal development as mutations affecting the Drosophila homologue of TRAIP are maternal effect-lethal mutants, and TRAIP knock-out mice die in utero because of aberrant regulation of cell proliferation and apoptosis. These findings underline the tight link between TRAIP and cell proliferation. In this review, we summarize the data on TRAIP and put them into a larger perspective regarding the role of TRAIP in the control of tissue homeostasis.

Etudes structurales et fonctionnelles des interactions de SUMO avec des proteines d'echafaudage modeles: TIF1beta, PIAS1 et PML

L’adaptation des cellules à leur environnement externe repose sur la transduction adéquate de signaux régulés par une pléthore d'événements moléculaires. Parmi ces événements moléculaires, les modifications post-traductionnelles (MPT) de protéines aident à intégrer, à traduire et à organiser de façon spatiotemporelle ces signaux pour que les cellules puissent réagir aux stimuli externes. Parmi les modifications post-traductionnelles, les petites protéines de la famille de l’Ubiquitine (Ublps, Ubiquitin-like proteins) jouent un rôle majeur dans presque toutes les voies de signalisation. Cette thèse rapporte des études fonctionnelles et structurales des interactions covalentes et non covalentes entre SUMO (Small Ubiquitin related MOdifier), un membre de la famille des Ublps, et trois protéines d'échafaudage, TIF1beta, le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc, PIAS1, une ligase E3 pour SUMO et PML, un suppresseur de tumeur. La première étude rapporte l'identification et la caractérisation biochimique des sites de SUMOylation de TIF1beta. Nous avons déterminé que la modification covalente de six résidus lysine par SUMO est essentielle à l’activité de répression de la transcription induit par TIF1beta. En outre, nous présentons des évidences indiquant que la SUMOylation de TIF1 exige non seulement sa capacité à homo-oligomériser, mais est aussi positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB des protéines à doigts de zinc. Partant de ce constat, nous postulons que les protéines KRAB-multidoigt de zinc recrutent leur corépresseur TIF1betaà des gènes cibles, mais aussi accentuent son activité répressive grâce à l'augmentation de sa SUMOylation. Notre seconde étude révèle qu’en plus de réprimer la transcription en tant que MPT covalente, SUMO joue aussi un rôle important dans la répression en tant que partenaire non covalent d’interactions protéine-protéine. Nous avons montré que SUMO interagit simultanément avec deux enzymes de la machinerie de SUMOylation, l’unique enzyme de conjugaison E2, UBC9, et la ligase E3 PIAS1 au sein d’un complexe ternaire répresseur. En outre, nous révélons que la formation du complexe ternaire PIAS1:SUMO:UBC9 est modulée par le niveau de phosphorylation de résidus sérine juxtaposés à un motif d’interaction avec SUMO (SIM) dans PIAS1. Ainsi, SUMO agit comme un adaptateur spécifique qui stabilise les interactions UBC9 E2: E3 PIAS1. Partant de ce constat, nous proposons que les enzymes E2 et E3 des autres systèmes Ublps exploitent des mécanismes similaires dans le cadre de leur fonction Enfin, notre troisième étude explore la régulation des interactions non covalentes de SUMO par la phosphorylation. En utilisant une combinaison d'études in vivo et in vitro, nous démontrons que l'interaction entre SUMO1 et PML est régi par la phosphorylation dépendant de CK2 sur quatre résidus sérine de PML. Les structures cristallographiques des complexes PML-SIM:SUMO1 révèlent que les phospho-sérines de PML contactent des résidus de la région basique de SUMO1. Sachant que la kinase CK2 peut être induite par des kinases activables par le stress, ces résultats suggèrent que les interactions non-covalentes avec SUMO sont modulées par le stress cellulaire. Sur la base de cette constatation, nous postulons que des événements analogues affectent des protéines contenant des séquences SIM ciblées par CK2. En résumé, cette étude révèle qu’en plus de son rôle de MPT, SUMO peut fonctionner comme un adaptateur permettant des interactions spécifiques entre protéines tel que pour les enzymes E3 et E2.

Efeitos do exercício físico de salto sobre as proteínas relacionadas à captação de glicose e via proteolítica dependente de ATP no músculo gastrocnêmio de ratos diabéticos induzidos por administração de aloxana

Pós-graduação em Fisioterapia - FCT

Cancer-predisposing mutations within the RING domain of BRCA1: Loss of ubiquitin protein ligase activity and protection from radiation hypersensitivity

BRCA1 is a breast and ovarian cancer-specific tumor suppressor that seems to be involved in transcription and DNA repair. Here we report that BRCA1 exhibits a bona fide ubiquitin (Ub) protein ligase (E3) activity, and that cancer-predisposing mutations within the BRCA1 RING domain abolish its Ub ligase activity. Furthermore, these mutants are unable to reverse γ-radiation hypersensitivity of BRCA1-null human breast cancer cells, HCC1937. Additionally, these mutations within the BRCA1 RING domain are not capable of restoring a G2 + M checkpoint in HCC1937 cells. These results establish a link between Ub protein ligase activity and γ-radiation protection function of BRCA1, and provide an explanation for why mutations within the BRCA1 RING domain predispose to cancer. Furthermore, we propose that the analysis of the Ub ligase activity of RING-domain mutations identified in patients may constitute an assay to predict predisposition to cancer.

Molecular mechanisms for the regulation of skin homeostasis

L'ubiquitination est une modification des protéines conservée, consistant en l'addition de résidus « ubiquitine » et régulant le destin cellulaire des protéines. La protéine « TRAF-interacting protein » TRAIP (ou TRIP) est une ligase E3 qui catalyse l'étape finale de l'ubiquitination. TRAIP est conservé dans l'évolution et est nécessaire au développement des organismes puisque l'ablation de TRAIP conduit à la mort embryonnaire aussi bien de la drosophile que de la souris. De plus, la réduction de l'expression de TRAIP dans des kératinocytes épidermiques humains réprime la prolifération cellulaire et induit un arrêt du cycle cellulaire en phase Gl, soulignant le lien étroit entre TRAIP et la prolifération cellulaire. Comme les mécanismes de régulation de la prolifération jouent un rôle majeur dans l'homéostasie de la peau, il est important de caractériser la fonction de TRAIP dans ces mécanismes. En utilisant des approches in vitro, nous avons déterminé que la protéine TRAIP est instable, modifiée par l'addition d'ubiquitine et ayant une demi-vie d'environ 4 heures. Nos analyses ont également révélé que l'expression de TRAIP est dépendante du cycle cellulaire, atteignant un pic d'expression en phase G2/M et que l'induction de son expression s'effectue principalement au cours de la transition Gl/S. Nous avons identifié le facteur de transcription E2F1 comme en étant le responsable, en régulant directement le promoteur de TRAIP. Aussi, TRAIP endogène ou surexprimée est surtout localisée au niveau du nucléole, une organelle nucléaire qui est désassemblée pendant la division cellulaire. Pour examiner la localisation subcellulaire de TRAIP pendant la mitose, nous avons imagé la protéine TRAIP fusionnée à une protéine fluorescente, à l'intérieur de cellules vivantes nommées HeLa, à l'aide d'un microscope confocal. Dans ces conditions, TRAIP est majoritairement localisée autour des chromosomes en début de mitose, puis est arrangée au niveau de l'ADN chromosomique en fin de mitose. La détection de TRAIP endogène à l'aide d'un anticorps spécifique a confirmé cette localisation. Enfin, l'inactivation de TRAIP dans les cellules HeLa par interférence ARN a inhibé leur capacité à s'arrêter en milieu de mitose. Nos résultats suggèrent que le mécanisme sous-jacent peut être lié au point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. - Ubiquitination of proteins is a post-translational modification which decides the cellular fate of the protein. The TRAF-interacting protein (TRAIP, TRIP) functions as an E3 ubiquitin ligase mediating addition of ubiquitin moieties to proteins. TRAIP interacts with the deubiquitinase CYLD, a tumor suppressor whose functional inactivation leads to skin appendage tumors. TRAIP is required for early embryonic development since removal of TRAIP either in Drosophila or mice by mutations or knock¬out is lethal due to aberrant regulation of cell proliferation and apoptosis. Furthermore, shRNA- mediated knock-down of TRAIP in human epidermal keratinocytes (HEK) repressed cell proliferation and induced a Gl/S phase block in the cell cycle. Additionally, TRAIP expression is strongly down- regulated during keratinocyte differentiation supporting the notion of a tight link between TRAIP and cell proliferation. We thus examined the biological functions of TRAIP in epithelial cell proliferation. Using an in vitro approach, we could determine that the TRAIP protein is unstable, modified by addition of ubiquitin moieties after translation and exhibits a half-life of 3.7+/-1-6 hours. Our analysis revealed that the TRAIP expression is modulated in a cell-cycle dependent manner, reaching a maximum expression level in G2/M phases. In addition, the expression of TRAIP was particularly activated during Gl/S phase transition and we could identify the transcription factor E2F1 as an activator of the TRAIP gene promoter. Both endogenous and over-expressed TRAIP mainly localized to the nucleolus, a nuclear organelle which is disassembled during cell division. To examine the subcellular localization of TRAIP during M phase, we performed confocal live-cell imaging of a functional fluorescent protein TRAIP-GFP in HeLa cells. TRAIP was distributed in the cytoplasm and accumulated around mitotic chromosomes in pro- and meta-phasic cells. TRAIP was then confined to chromosomal DNA location in anaphase and later phases of mitosis. Immune-detection of endogenous TRAIP protein confirmed its particular localization in mitosis. Finally, inactivating TRAIP expression in HeLa cells using RNA interference abrogated the cells ability to stop or delay mitosis progression. Our results suggested that TRAIP may involve the spindle assembly checkpoint.

Modulation de la signalisation du récepteur de type 2 du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGFR-2) par l’ubiquitination

Résumé L’angiogenèse est l’un des processus les plus importants pour le maintien de l’homéostasie de l’oxygène dans les tissus. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire, VEGF, joue un rôle primordial dans la réponse angiogénique. Ce facteur de croissance mène à l’activation du récepteur de type 2 du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire, VEGFR-2. Suite à une activation du VEGFR-2, plusieurs cascades de signalisation sont activées dans les cellules endothéliales. Afin d’atténuer cette signalisation, le VEGFR-2 est multi-ubiquitiné sur des résidus lysine et de cette manière, il est amené aux voies de dégradation, principalement dans les lysosomes. Cette ubiquitination est induite par l’association de l’ubiquitine ligase (E3) c-Cbl à un résidu tyrosine phosphorylé du domaine C-terminal du récepteur. Dans cette étude, nous avons identifié la tyrosine 1319 comme étant nécessaire pour l’association de c-Cbl au VEGFR-2 et son ubiquitination. Nos résultats démontrent aussi que dans des cellules endothéliales aortiques bovines, BAEC, la surexpression du récepteur mutant Y1319F ralentit la dégradation du VEGFR-2 et induit une activation plus forte et prolongée de la synthétase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS). Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le déroulement de la régulation de la signalisation du VEGFR-2 au niveau intracellulaire. Mots-clés: [Angiogenèse, VEGFR-2, VEGF, c-Cbl, Ubiquitination, Tyrosine 1319, Dégradation]

Rates of ubiquitin conjugation increase when muscles atrophy, largely through activation of the N-end rule pathway

The rapid loss of muscle mass that accompanies many disease states, such as cancer or sepsis, is primarily a result of increased protein breakdown in muscle, and several observations have suggested an activation of the ubiquitin–proteasome system. Accordingly, in extracts of atrophying muscles from tumor-bearing or septic rats, rates of 125I-ubiquitin conjugation to endogenous proteins were found to be higher than in control extracts. On the other hand, in extracts of muscles from hypothyroid rats, where overall proteolysis is reduced below normal, the conjugation of 125I-ubiquitin to soluble proteins decreased by 50%, and treatment with triiodothyronine (T3) restored ubiquitination to control levels. Surprisingly, the N-end rule pathway, which selectively degrades proteins with basic or large hydrophobic N-terminal residues, was found to be responsible for most of these changes in ubiquitin conjugation. Competitive inhibitors of this pathway that specifically block the ubiquitin ligase, E3α, suppressed most of the increased ubiquitin conjugation in the muscle extracts from tumor-bearing and septic rats. These inhibitors also suppressed ubiquitination in normal extracts toward levels in hypothyroid extracts, which showed little E3α-dependent ubiquitination. Thus, the inhibitors eliminated most of the differences in ubiquitination under these different pathological conditions. Moreover, 125I-lysozyme, a model N-end rule substrate, was ubiquitinated more rapidly in extracts from tumor-bearing and septic rats, and more slowly in those from hypothyroid rats, than in controls. Thus, the rate of ubiquitin conjugation increases in atrophying muscles, and these hormone- and cytokine-dependent responses are in large part due to activation of the N-end rule pathway.

The infected cell protein 0 of herpes simplex virus 1 dynamically interacts with proteasomes, binds and activates the cdc34 E2 ubiquitin-conjugating enzyme, and possesses in vitro E3 ubiquitin ligase activity

The infected cell protein 0 (ICP0) of herpes simplex virus 1, a promiscuous transactivator shown to enhance the expression of genes introduced into cells by infection or transfection, interacts with numerous cellular proteins and has been linked to the disruption of ND10 and degradation of several proteins. ICP0 contains a RING finger domain characteristic of a class of E3 ubiquitin ligases. We report that: (i) in infected cells, ICP0 interacts dynamically with proteasomes and is bound to proteasomes in the presence of the proteasome inhibitor MG132. Also in infected cells, cdc34, a polyubiquitinated E2 ubiquitin-conjugating enzyme, exhibits increased ICP0-dependent dynamic interaction with proteasomes. (ii) In an in vitro substrate-independent ubiquitination system, the RING finger domain encoded by exon 2 of ICP0 binds cdc34, whereas the carboxyl-terminal domain of ICP0 functions as an E3 ligase independent of the RING finger domain. The results indicate that ICP0 can act as a unimolecular E3 ubiquitin ligase and that it promotes ubiquitin-protein ligation and binds the E2 cdc34. It differs from other unimolecular E3 ligases in that the domain containing the RING finger binds E2, whereas the ligase activity maps to a different domain of the protein. The results also suggest that ICP0 shuttles between nucleus and cytoplasm as a function of its dynamic interactions with proteasomes.

RNF220, an E3 ubiquitin ligase that targets Sin3B for ubiquitination

Modification of proteins by ubiquitination plays important roles in various cellular processes. During this process, the target specificity is determined by ubiquitin ligases. Here we identify RNF220 (RING finger protein 220) as a novel ubiquitin ligase for Sin3B. As a conserved RING protein, RNF220 can bind E2 and mediate auto-ubiquitination of itself. Through a yeast two-hybrid screen, we isolated Sin3B as one of its targets, which is a scaffold protein of the Sin3/HDAC (histone deacetylase) corepressor complex. RNF220 specifically interacts with Sin3B both in vitro and in vivo. Sin3B can be regulated by the ubiquitin-proteasome system. Co-expression of RNF220 promotes the ubiquitination and proteasomal degradation of Sin3B. Taken together, these results reveal a new mechanism for regulating the Sin3/HDAC complex. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

The E3 ubiquitin ligase Pellino3 protects against obesity-induced inflammation and insulin resistance

Diet-induced obesity can induce low-level inflammation and insulin resistance. Interleukin-1β (IL-1β) is one of the key proinflammatory cytokines that contributes to the generation of insulin resistance and diabetes, but the mechanisms that regulate obesity-driven inflammation are ill defined. Here we found reduced expression of the E3 ubiquitin ligase Pellino3 in human abdominal adipose tissue from obese subjects and in adipose tissue of mice fed a high-fat diet and showing signs of insulin resistance. Pellino3-deficient mice demonstrated exacerbated high-fat-diet-induced inflammation, IL-1β expression, and insulin resistance. Mechanistically, Pellino3 negatively regulated TNF receptor associated 6 (TRAF6)-mediated ubiquitination and stabilization of hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α), resulting in reduced HIF1α-induced expression of IL-1β. Our studies identify a regulatory mechanism controlling diet-induced insulin resistance by highlighting a critical role for Pellino3 in regulating IL-1β expression with implications for diseases like type 2 diabetes.

Insights into the biological significance of alternative splicing in Arabidopsis: functional characterization of a dual-targeted E3 ligase and the SCL30a SR protein

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology