La protéine adaptatrice Gab1 est requise pour la migration et le réarrangement adéquat du cytosquelette des cellules endothéliales en réponse au VEGF

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.

Rôles des protéines d’échafaudage Gab dans la signalisation et l’angiogenèse médiées par le VEGF

La protéine d’échafaudage Gab1 amplifie la signalisation de plusieurs récepteurs à fonction tyrosine kinase (RTK). Entre autres, elle promeut la signalisation du VEGFR2, un RTK essentiel à la médiation de l’angiogenèse via le VEGF dans les cellules endothéliales. En réponse au VEGF, Gab1 est phosphorylé sur tyrosine, ce qui résulte en la formation d’un complexe de protéines de signalisation impliqué dans le remodelage du cytosquelette d’actine et la migration des cellules endothéliales. Gab1 est un modulateur essentiel de l’angiogenèse in vitro et in vivo. Toutefois, malgré l’importance de Gab1 dans les cellules endothéliales, les mécanismes moléculaires impliqués dans la médiation de ses fonctions, demeurent mal définis et la participation du second membre de la famille, Gab2, reste inconnue. Dans un premier temps, nous avons démontré que tout comme Gab1, Gab2 est phosphorylé sur tyrosine, qu’il s’associe de façon similaire avec des protéines de signalisation et qu’il médie la migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Cependant, contrairement à Gab1, Gab2 n’interagit pas avec le VEGFR2 et n’est pas essentiel pour l’activation d’Akt et la promotion de la survie cellulaire. En fait, nous avons constaté que l’expression de Gab2 atténue l’expression de Gab1 et l’activation de la signalisation médiée par le VEGF. Ainsi, Gab2 semble agir plutôt comme un régulateur négatif des signaux pro-angiogéniques induits par Gab1. La migration cellulaire est une des étapes cruciales de l’angiogenèse. Nous avons démontré que Gab1 médie l’activation de la GTPase Rac1 via la formation et la localisation d’un complexe protéique incluant la GEF VAV2, la p120Caténine et la Cortactine aux lamellipodes des cellules endothéliales en réponse au VEGF. De plus, nous montrons que l’assemblage de ce complexe corrèle avec la capacité du VEGF à induire l’invasion des cellules endothéliales et le bourgeonnement de capillaires, deux phénomènes essentiels au processus angiogénique. La régulation des RhoGTPases est également régulée par des inactivateurs spécifiques les « Rho GTPases activating proteins », ou GAPs. Nous décrivons ici pour la première fois le rôle de la GAP CdGAP dans les cellules endothéliales et démontrons son importance dans la médiation de la signalisation du VEGF via la phosphorylation sur tyrosine de Gab1 et l’activation des RhoGTPases Rac1 et Cdc42. Ainsi, dù à son importance sur l’activation de voies de signalisation du VEGF, CdGAP représente un régulateur crucial de la promotion de diverses activités biologiques essentielles à l’angiogenèse telles que la migration cellulaire, et le bourgeonnement de capillaires in vitro et d’aortes de souris ex vivo. De plus, les embryons de souris CdGAP KO présentent des hémorragies et de l’œdème, et ces défauts vasculaires pourraient être responsables de la mortalité de 44% des souris CdGAP knock-out attendues. Nos études amènent donc une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires induits par le VEGF et démontrent l’implication centrale de Gab1 et des régulateurs des RhoGTPases dans la promotion de l’angiogenèse. Cette meilleure compréhension pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles ou approches thérapeutiques afin d’améliorer le traitement des patients souffrant de maladies associées à une néovascularisation incontrôlée telles que le cancer.

Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 regulates collagen-stimulated platelet function by modulating the association of phosphatidylinositol 3-kinase with Grb-2-associated binding protein-1 and linker for activation of T cells

Background: Platelet activation by collagen depends on signals transduced by the glycoprotein (GP)VI–Fc receptor (FcR)-chain collagen receptor complex, which involves recruitment of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) to phosphorylated tyrosines in the linker for activation of T cells (LAT). An interaction between the p85 regulatory subunit of PI3K and the scaffolding molecule Grb-2-associated binding protein-1 (Gab1), which is regulated by binding of the Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP-2) to Gab1, has been shown in other cell types to sustain PI3K activity to elicit cellular responses. Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) functions as a negative regulator of platelet reactivity and thrombosis, at least in part by inhibiting GPVI–FcR-chain signaling via recruitment of SHP-2 to phosphorylated immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs in PECAM-1. Objective: To investigate the possibility that PECAM-1 regulates the formation of the Gab1–p85 signaling complexes, and the potential effect of such interactions on GPVI-mediated platelet activation in platelets. Methods: The ability of PECAM-1 signaling to modulate the LAT signalosome was investigated with immunoblotting assays on human platelets and knockout mouse platelets. Results: PECAM-1-associated SHP-2 in collagen-stimulated platelets binds to p85, which results in diminished levels of association with both Gab1 and LAT and reduced collagen-stimulated PI3K signaling. We therefore propose that PECAM-1-mediated inhibition of GPVI-dependent platelet responses result, at least in part, from recruitment of SHP-2–p85 complexes to tyrosine-phosphorylated PECAM-1, which diminishes the association of PI3K with activatory signaling molecules, such as Gab1 and LAT.

Grb2-associated binder-1 mediates phosphatidylinositol 3-kinase activation and the promotion of cell survival by nerve growth factor

Nerve growth factor (NGF) prevents apoptosis through stimulation of the TrkA receptor protein tyrosine kinase. The downstream activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) is essential for the inhibition of apoptosis, although this enzyme does not bind to and is not directly activated by TrkA. We have found that the addition of NGF to PC-12 cells resulted in the phosphorylation of the Grb2-associated binder-1 (Gab1) docking protein and induced the association of several SH2 domain-containing proteins, including PI 3-kinase. A substantial fraction of the total cellular PI 3-kinase activity was associated with Gab1. PC-12 cells that overexpressed Gab1 show a decreased requirement for the amount of NGF necessary to inhibit apoptosis. The expression of a Gab1 mutant that lacked the binding sites for PI 3-kinase enhanced apoptosis and diminished the protective effect of NGF. Hence, Gab1 has a major role in connecting TrkA with PI 3-kinase activation and for the promotion of cell survival by NGF.

The Multisubstrate Docking Site of the MET Receptor Is Dispensable for MET-mediated RAS Signaling and Cell Scattering

The scatter factor/hepatocyte growth factor regulates scattering and morphogenesis of epithelial cells through activation of the MET tyrosine kinase receptor. In particular, the noncatalytic C-terminal tail of MET contains two autophosphorylation tyrosine residues, which form a multisubstrate-binding site for several cytoplasmic effectors and are thought to be essential for signal transduction. We show here that a MET receptor mutated on the four C-terminal tyrosine residues, Y1311F, Y1347F, Y1354F, and Y1363F, can induce efficiently a transcriptional response and cell scattering, whereas it cannot induce cell morphogenesis. Although the mutated receptor had lost its ability to recruit and/or activate known signaling molecules, such as GRB2, SHC, GAB1, and PI3K, by using a sensitive association–kinase assay we found that the mutated receptor can still associate and phosphorylate a ∼250-kDa protein. By further examining signal transduction mediated by the mutated MET receptor, we established that it can transmit efficient RAS signaling and that cell scattering by the mutated MET receptor could be inhibited by a pharmacological inhibitor of the MEK-ERK (MAP kinase kinase–extracellular signal-regulated kinase) pathway. We propose that signal transduction by autophosphorylation of the C-terminal tyrosine residues is not the sole mechanism by which the activated MET receptor can transmit RAS signaling and cell scattering.

Stimulation of phosphatidylinositol 3-kinase by fibroblast growth factor receptors is mediated by coordinated recruitment of multiple docking proteins

The docking protein FRS2 is a major downstream effector that links fibroblast growth factor (FGF) and nerve growth factor receptors with the Ras/mitogen-activated protein kinase signaling cascade. In this report, we demonstrate that FRS2 also plays a pivotal role in FGF-induced recruitment and activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-kinase). We demonstrate that tyrosine phosphorylation of FRS2α leads to Grb2-mediated complex formation with the docking protein Gab1 and its tyrosine phosphorylation, resulting in the recruitment and activation of PI3-kinase. Furthermore, Grb2 bound to tyrosine-phosphorylated FRS2 through its SH2 domain interacts primarily via its carboxyl-terminal SH3 domain with a proline-rich region in Gab1 and via its amino-terminal SH3 domain with the nucleotide exchange factor Sos1. Assembly of FRS2α:Grb2:Gab1 complex induced by FGF stimulation results in activation of PI3-kinase and downstream effector proteins such as the S/T kinase Akt, whose cellular localization and activity are regulated by products of PI3-kinase. These experiments reveal a unique mechanism for generation of signal diversity by growth factor-induced coordinated assembly of a multidocking protein complex that can activate the Ras/mitogen-activated protein kinase cascade to induce cell proliferation and differentiation, and PI3-kinase to activate a mediator of a cell survival pathway.

Critical role for the docking-protein FRS2α in FGF receptor-mediated signal transduction pathways

The docking protein FRS2α has been implicated as a mediator of signaling via fibroblast growth factor receptors (FGFRs). We have demonstrated that targeted disruption of FRS2α gene causes severe impairment in mouse development resulting in embryonal lethality at E7.0–E7.5. Experiments with FRS2α-deficient fibroblasts demonstrate that FRS2α plays a critical role in FGF-induced mitogen-activated protein (MAP) kinase stimulation, phosphatidylinositol-3 (PI-3) kinase activation, chemotactic response, and cell proliferation. Following FGF stimulation, tyrosine phosphorylated FRS2α functions as a site for coordinated assembly of a multiprotein complex that includes Gab1 and the effector proteins that are recruited by this docking protein. Furthermore, we demonstrate that different tyrosine phosphorylation sites on FRS2α are responsible for mediating different FGF-induced biological responses. These experiments establish the central role of FRS2α in signaling via FGFRs and demonstrate that FRS2α mediates multiple FGFR-dependent signaling pathways critical for embryonic development.

Rôles de Gab 1/2 et de Shp2 dans l'établissement du phénotype transformé et invasif de cellules MDCK infectées par le virus du sarcome de Moloney

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

Rôles de Gab 1/2 et de Shp2 dans l'établissement du phénotype transformé et invasif de cellules MDCK infectées par le virus du sarcome de Moloney

Un document accompagne le mémoire et est disponible pour consultation au Centre de conservation des bibliothèques de l'Université de Montréal (http://www.bib.umontreal.ca/conservation/).