La migration cellulaire est un processus fondamental au maintien des fonctions physiologiques de l’organisme. Elle est également centrale dans de nombreuses pathologies et entre notamment en jeu lors de la dissémination métastatique. Lorsqu’elles migrent, les cellules utilisent des structures d’adhésion afin de s’appuyer sur leur environnement. Nous avons récemment montré que les puits recouverts de clathrine, plus connus pour leur rôle dans l’endocytose, peuvent également servir de structures d’adhésion. Dans ce manuscrit, je démontre que certains ligands internalisés par la voie d’endocytose clathrine peuvent également se lier à la matrice et orienter la migration cellulaire en régulant les structures adhésives de clathrine.J’ai commencé par montrer que le collagène est associé à plus de structures de clathrine et a plus de protrusions lorsqu’il est recouvert par des ligands. J’ai ensuite montré que les cellules appliquaient plus de forces sur des fibres de collagènes décorées par des ligands et que ce surplus de force nécessite la présence de structures de clathrine. Enfin j’ai montré que les cellules suivent les ligands liés à des réseaux de collagène en 3D et que cette migration dirigée nécessite également la présence de structures de clathrine. Ce mécanisme de migration pourrait notamment permettre aux cellules de suivre des gradients de ligands liés à la matrice in vivo et ainsi de s’orienter dans l’organisme. / Cell migration is a fundamental process in the development and homeostasis of multicellular organisms. It is also central to many pathologies and it is especially important for metastatic dissemination. When migrating, cells use adhesion structures to push on their substrate in order to move forward. We recently showed that clathrin coated structures, primarily known as endocytic structures, can also serve as adhesion structures. In this manuscript, I show that some ligands internalized through clathrin mediated endocytosis can also bind to the extracellular matrix and orient cell migration using adhesive clathrin structures.I first showed that ligand-decorated collagen fibers are associated with more clathrin structures and more protrusions. I then showed that cells applied more forces to the ligand-decorated collagen fibers and this extra amount of forces requires the presence of clathrin structures. Finally, I showed that cells can migrate following collagen-bound ligands in 3D, this directed migration also requiring the presence of clathrin structures. Such migration mechanism could be used by cells to follow in vivo gradient of matrix-bound ligands and thus find their way when migrating inside the body.

Dans les cellules eucaryotes, le trafic intracellulaire de nombreuses protéines est assuré par des vésicules de transport tapissées de clathrine. Les complexes adaptateurs de clathrine (AP) sont responsables de l’assemblage de ces vésicules et de la sélection des protéines qui seront transportées. Nous avons étudié cinq familles atteintes du syndrome neurocutané MEDNIK qui est caractérisé par un retard mental, une entéropathie, une surdité, une neuropathie périphérique, de l’icthyose et de la kératodermie. Tous les cas connus de cette maladie à transmission autosomique récessive sont originaires de la région de Kamouraska, dans la province de Québec. Par séquençage direct des gènes candidats, nous avons identifié une mutation impliquant le site accepteur de l’épissage de l’intron 2 du gène codant pour la sous-unité σ1 du complexe AP1 (AP1S1). Cette mutation fondatrice a été retrouvée chez tous les individus atteints du syndrome MEDNIK et altère l’épissage normal du gène, menant à un codon stop prématuré. Afin de valider l’effet pathogène de la mutation, nous avons bloqué la traduction de cette protéine chez le poisson zébré en injectant une séquence d’oligonucléotides antisenses spécifique à AP1S1. À 48 heures après la fertilisation, les larves knock down pour AP1S1 montrent une réduction de la pigmentation, une désorganisation de la structure de l’épiderme et une perturbation du développement moteur. Alors que la surexpression de l’AP1S1 humain dans ce modèle a permis la récupération du phénotype normal, l’expression de l’AP1S1 mutant fut sans effet sur les phénotypes moteurs et cutanés des larves knock down. Les résultats obtenus montrent que la mutation du AP1S1 responsable du syndrome de MEDNIK est associée à une perte de fonction et que la sous-unité σ1 du complexe AP1 joue un rôle crucial dans l’organisation de l’épiderme et le développement de la moelle épinière. / Intracellular protein transport between organelles is mainly mediated by clathrin coated vesicles. Clathrin adaptor protein (AP) complexes participate in clathrin coated vesicle formation and in sorting protein cargo. We studied 5 families with MEDNIK syndrome, which is characterized by mental retardation, enteropathy, deafness, neuropathy, ichtyosis and keratoderma. All families affected with this autosomal recessive syndrome originate from an isolated population in the Kamouraska region of Quebec. The candidate genes identified in the positive region were sequenced and a founder mutation was identified in the acceptor splice slice of intron 2 of the AP1S1 gene. This gene encodes for the small subunit σ1 of the complex adaptor 1 (AP1). This splicing mutation leads to a premature stop codon, which is predicted to alter the normal function of this protein. To validate the pathogenic effect of this mutation we blocked the AP1S1 protein translation in zebrafish by injecting an anti-sense oligonucleotide designed against AP1S1. At 48 hours post fertilisation, the knockdown larvae showed reduced pigmentation, perturbation of skin formation, and severe perturbation of motor development and function motor development. Over expression of the human AP1S1 rescued the normal phenotype whereas the expression of the mutant AP1S1 did not. These results show that this mutation is causative for MEDNIK syndrome and demonstrates a critical role of the small subunit σ1 in epidermal organisation and in the development of the spinal cord.

Le complexe Scar/WAVE génère la formation des lamellipodes par l'intermédiaire du complexe Arp2/3 responsable de la polymérisation de réseaux d'actine branchés. Dans le but d'identifier de nouveaux régulateurs du complexe Scar/WAVE, nous avons conduit un crible en cellules de Drosophiles combinant une approche protéomique à une approche de génomique fonctionnelle. La chaîne lourde de la clathrine a été identifiée au cours de ce crible comme une protéine interagissant avec le complexe Scar/WAVE et dont la déplétion affecte la formation des lamellipodes. Ce rôle de la clathrine dans la formation des lamellipodes peut être découplé de son rôle classique dans le transport vésiculaire en utilisant différentes approches. De plus, la clathrine est localisée au lamellipode en l'absence d'adapteurs et des protéines accessoires de l'endocytose. La surexpression de la clathrine affecte le recrutement membranaire du complexe WAVE réduisant ainsi la vélocité des protrusions membranaire et la migration cellulaire. Par opposition, lorsque la clathrine est envoyée artificiellement à la membrane plasmique par une fusion à une séquence myristoylée, on observe une augmentation du recrutement membranaire du complexe Scar/WAVE, de la vélocité des protrusions membranaires et de la migration cellulaire. L'ensemble de ces résultats montrent que la clathrine envoie le complexe Scar/WAVE à la membrane plasmique et donc contrôle la formation des lamellipodes en plus de son rôle plus classique dans le traffic membranaire. / The Scar/Wave complex (SWC) generates lamellipodia through Arp2/3-dependent polymerization of branched actin networks. In order to identify new SWC regulators, we conducted a screen in Drosophila cells combining proteomics with functional genomics. This screen identified Clathrin Heavy Chain (CHC) as a protein that binds to the SWC and whose depletion affects lamellipodium formation. This role of CHC in lamellipodium formation can be uncoupled from its role in membrane traffic by several experimental approaches. Furthermore, CHC is detected in lamellipodia in the absence of the adaptor and accessory proteins of endocytosis. We found that CHC overexpression decreased membrane recruitment of the SWC, resulting in reduced velocity of protrusions and reduced cell migration. In contrast, when CHC was targeted to the membrane by fusion to a myristoylation sequence, we observed an increase in membrane recruitment of the SWC, in protrusion velocity and in cell migration. Together these data suggest that CHC brings the SWC to the plasma membrane, thereby controlling lamellipodium formation, in addition to its classical role in membrane traffic.

Dans les cellules eucaryotes, le trafic intracellulaire de nombreuses protéines est assuré par des vésicules de transport tapissées de clathrine. Les complexes adaptateurs de clathrine (AP) sont responsables de l’assemblage de ces vésicules et de la sélection des protéines qui seront transportées. Nous avons étudié cinq familles atteintes du syndrome neurocutané MEDNIK qui est caractérisé par un retard mental, une entéropathie, une surdité, une neuropathie périphérique, de l’icthyose et de la kératodermie. Tous les cas connus de cette maladie à transmission autosomique récessive sont originaires de la région de Kamouraska, dans la province de Québec. Par séquençage direct des gènes candidats, nous avons identifié une mutation impliquant le site accepteur de l’épissage de l’intron 2 du gène codant pour la sous-unité σ1 du complexe AP1 (AP1S1). Cette mutation fondatrice a été retrouvée chez tous les individus atteints du syndrome MEDNIK et altère l’épissage normal du gène, menant à un codon stop prématuré. Afin de valider l’effet pathogène de la mutation, nous avons bloqué la traduction de cette protéine chez le poisson zébré en injectant une séquence d’oligonucléotides antisenses spécifique à AP1S1. À 48 heures après la fertilisation, les larves knock down pour AP1S1 montrent une réduction de la pigmentation, une désorganisation de la structure de l’épiderme et une perturbation du développement moteur. Alors que la surexpression de l’AP1S1 humain dans ce modèle a permis la récupération du phénotype normal, l’expression de l’AP1S1 mutant fut sans effet sur les phénotypes moteurs et cutanés des larves knock down. Les résultats obtenus montrent que la mutation du AP1S1 responsable du syndrome de MEDNIK est associée à une perte de fonction et que la sous-unité σ1 du complexe AP1 joue un rôle crucial dans l’organisation de l’épiderme et le développement de la moelle épinière. / Intracellular protein transport between organelles is mainly mediated by clathrin coated vesicles. Clathrin adaptor protein (AP) complexes participate in clathrin coated vesicle formation and in sorting protein cargo. We studied 5 families with MEDNIK syndrome, which is characterized by mental retardation, enteropathy, deafness, neuropathy, ichtyosis and keratoderma. All families affected with this autosomal recessive syndrome originate from an isolated population in the Kamouraska region of Quebec. The candidate genes identified in the positive region were sequenced and a founder mutation was identified in the acceptor splice slice of intron 2 of the AP1S1 gene. This gene encodes for the small subunit σ1 of the complex adaptor 1 (AP1). This splicing mutation leads to a premature stop codon, which is predicted to alter the normal function of this protein. To validate the pathogenic effect of this mutation we blocked the AP1S1 protein translation in zebrafish by injecting an anti-sense oligonucleotide designed against AP1S1. At 48 hours post fertilisation, the knockdown larvae showed reduced pigmentation, perturbation of skin formation, and severe perturbation of motor development and function motor development. Over expression of the human AP1S1 rescued the normal phenotype whereas the expression of the mutant AP1S1 did not. These results show that this mutation is causative for MEDNIK syndrome and demonstrates a critical role of the small subunit σ1 in epidermal organisation and in the development of the spinal cord.

Toxoplasma gondii, l'agent causal de la toxoplasmose appartient au phylum des Apicomplexes. Comme son nom l'indique, le parasite possède un complexe unique d'organites sécrétoires apicaux, les micronèmes, rhoptries et le conoïde, qui jouent un rôle essentiel dans l’invasion de la cellule hôte et la survie du parasite. T. gondii est devenu un modèle populaire de biologie cellulaire et aussi un outil de référence pour l'étude de l’organisation ultra-structurale et des différentes fonctions des autres parasites du phylum Apicomplexa tel que Plasmodium, l’agent causal de la malaria. Cette thèse porte sur deux facteurs essentiels à la survie du parasite : le complexe adapteur de la clathrine AP1 et la petite GTPase Rab11A qui jouent un rôle crucial dans la régulation de certaines voies du trafic intracellulaire de T. gondii. Ainsi, nos travaux ont permis de démontrer un rôle pour AP1 dans le triage différentiel et le transport vésiculaire des protéines MIC et ROP depuis le Trans-Golgi-Network (TGN) et les compartiments endosomaux, respectivement. D’autre part, nos résultats ont révélé un rôle original de AP1 dans la division parasitaire aux stages tardifs de la cytokinèse. Nous avons également identifié un partenaire de AP1, la protéine unique de T. gondii possédant un domaine ENTH : EpsL (pour Espin-Like Protein). Dans les autres Eucaryotes, les protéines epsines sont connues pour activer la formation des vésicules à clathrine en co-opération avec les complexes AP1 et AP2. Nos résultats ont effectivement démontré un rôle de EpsL, similaire à AP1, pour la biogénèse des rhoptries et micronèmes. Nous avons, dans un deuxième temps, examiné les différentes fonctions de la petite GTPase Rab11A. Notre étude par vidéo-microscopie, semble indiquer que Rab11A régule le transport de vésicules depuis le TGN vers la périphérie cellulaire et en particulier, les pôles basal et apical du parasite. Après sur-production de la forme mutée inactive de Rab11A, nous avons démontré un nouveau rôle de la protéine dans la sécrétion des protéines membranaires de surface et dans l'exocytose des granules denses, lors de l'invasion de la cellule hôte mais aussi durant la réplication parasitaire. Finalement, des expériences de pull-down ont permis d’identifier un partenaire intéressant liant Rab11A seulement sous sa forme activée, la protéine unique de T. gondii contenant un domaine HOOK (TgHOOK), que nous avons caractérisée au niveau fonctionnel. Nos résultats suggèrent que TgHOOK régule le transport des vésicules positives pour Rab11A d’une manière dépendante des microtubules. Par conséquent, cette dernière étude a permis de révéler de nouveaux aspects encore inexplorés, bien qu’essentiels, des mécanismes régulant la sécrétion de molécules à la surface parasitaire. / Toxoplasma gondii, the causative agent for the disease Toxoplasmosis belongs to the phylum Apicomplexa. As the name implies, the parasite possesses a unique complex of apical secretory organelles namely the micronemes, rhoptries and conoid, which favor host cell invasion and intracellular survival. T.gondii has become a popular cell biology model and also a reference tool for studying the structure and functions of other important parasites that belong to the same phylum, such as plasmodium, but also higher eukaryotes. The recent advances in dissecting protein trafficking pathways have led to a better understanding of the biogenesis of apical organelles and also to the identification of crucial protein molecules that could determine the fate of the parasite. This thesis focuses on two different molecules, the Clathrin Adaptor complex AP1 and the small GTPase Rab11A that play a crucial role in distinct trafficking pathways of the parasite contributing to a wide range of functions. First, we reveal a role of AP1 in the differential sorting of microneme and rhoptry proteins at the Tran-Golgi-Network and endosomal level, respectively. Accordingly, depletion of AP1 leads to a defect in apical organelle biogenesis. In addition, we reveal an original role of AP1 in parasite division by regulating late stages of cytokinesis. We also identified and studied a partner of AP1, the unique ENTH domain containing protein of the parasite, EpsL (for Espin-like protein). In other Eukaryotes, epsin proteins are well known regulators of clathrin-mediated vesicular budding in co-operation with AP1 and AP2. We demonstrated that EpsL shares similar functions to AP1 in regulating rhoptry and microneme formation. We next worked on the small GTPase Rab11A and defined the dynamics of the protein within the parasite by live imaging. In addition to its known role in cytokinesis, we unravelled a novel function for the molecule in the secretion of surface membrane proteins and the exocytosis of dense granules during both, parasite invasion and replication. Further, pull down experiments on active Rab11A helped us fish an interesting partner molecule, the unique HOOK-domain containing protein that we functionally characterized for the first time in T.gondii. Our data suggest a role of Rab11A in microtubule-dependent transport of vesicules in a HOOK-regulated manner. Therefore, our study provides novel molecular insights into a yet unexplored but essential aspect of constitutive secretion in the parasite.

Les canaux ioniques sont des déterminants majeurs de la forme et de la durée du potentiel d'action (PA) cardiaque. Leur expression fonctionnelle à la membrane plasmique résulte d'une balance entre les voies antérograde et rétrograde du trafic intracellulaire, ainsi que de leur prise en charge par des compartiments endosomaux afin d'être recyclés ou dégradés. Le canal KV1.5 porte le courant principal de repolarisation atriale chez l'homme, IKur, et est impliqué dans la physiopathologie de la fibrillation atriale (FA). La FA est caractérisée par un raccourcissement de la durée du PA lié à un courant IKur augmenté et un courant ICaL diminué et est favorisée par l'augmentation des contraintes mécaniques. Ainsi, le canal KV1.5 constitue une cible majeure pour le développement d'anti-arythmiques spécifiques de l'oreillette. Ce projet avait pour but de mieux comprendre comment est régulée l'expression fonctionnelle des canaux KV1.5 dans les myocytes atriaux. Dans un premier temps, nous avons montré que le shear stress entraîne une augmentation du courant IKur impliquant la voie de mécanotransduction intégrine?1/FAK et l'endosome de recyclage lent. Dans les cellules hypertrophiées, cette voie de mécanotransduction est hyperactivée et le courant IKur est ainsi augmenté. Dans un second temps, nous avons montré que la voie d'endocytose des canaux KV1.5 est dépendante de la clathrine et que les microtubules sont principalement impliqués dans l'internalisation et la dynamique du canal à la surface des cellules. Ainsi, ce travail a permis de mieux caractériser les acteurs du trafic impliqués dans la régulation de l'expression fonctionnelle du canal KV1.5 dans les cardiomyocytes atriaux. / Ion channels are major determinants of shape and duration of the cardiac action potential (AP). Their functional expression at the sarcolemma is a dynamic process resulting from a balance between anterograde (exocytosis) and retrograde (endocytosis) pathways, and the involvement of the endosomal compartments which direct ion channels towards recycling or degradation. KV1.5 channel carries IKur current which constitutes the main atrial repolarizing current in human and which is involved in atrial fibrillation (AF). Mechanical forces and shortening of the AP duration are linked to an increased in IKur current and decreased ICaL current. Therefore, KV1.5 channel constitutes a major target for the development of atria-selective antiarrhythmic drugs. The aim on this project was to better understand how functional expression of KV1.5 channels in atrial myocytes is regulated. Firstly, we showed that shear stress triggers an increase in IKur current implying the integrinβ1/FAK mecanotransduction pathway. This process requires an intact microtubule network and involves the Rab11-associated recycling endosome. In hypertrophied cells, the mecanotransduction pathway is overactivated. Consequently, IKur is increased. Secondly, we demonstrated that KV1.5 channel endocytosis is mediated by the clathrin pathway. We showed that microtubules are involved in the internalization and dynamics of KV1.5 channel in the membrane. Therefore, this work provides a better understanding of the different players involved in the trafficking of KV1.5 channel and shed new lights on the functional regulation of this atria-specific channel.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont les principales causes de mortalité et de morbidité à travers le monde. En Amérique du Nord, on estime à 90 millions le nombre d’individus ayant une ou plusieurs MCV, à près de 1 million le nombre de décès reliés par année et à 525 milliards de dollars les coûts directs et indirects en 2010. En collaboration avec l’équipe du Dre. Boileau, notre laboratoire a récemment identifié, le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie familiale. Une étude publiée dans le New Engl J Med a révélé que l’absence de la convertase PCSK9 réduit de 88% le risque de MCV, corrélé à une forte réduction du taux de cholestérol plasmatique (LDL-C). Il fut démontré que PCSK9 lie directement le récepteur aux lipoprotéines de faible densité (LDLR) et, par un mécanisme méconnu, favorise sa dégradation dans les endosomes/lysosomes provoquant ainsi une accumulation des particules LDL-C dans le plasma. Dans cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à trois aspects bien distincts : [1] Quels sont les cibles de PCSK9 ? [2] Quelle voie du trafic cellulaire est impliquée dans la dégradation du LDLR par PCSK9 ? [3] Comment peut-on inhiber la fonction de PCSK9 ? [1] Nous avons démontré que PCSK9 induit la dégradation du LDLR de même que les récepteurs ApoER2 et VLDLR. Ces deux membres de la famille du LDLR (fortes homologies) sont impliqués notamment dans le métabolisme des lipides et de la mise en place de structures neuronales. De plus, nous avons remarqué que la présence de ces récepteurs favorise l’attachement cellulaire de PCSK9 et ce, indépendamment de la présence du LDLR. Cette étude a ouvert pour la première fois le spectre d’action de PCSK9 sur d’autres protéines membranaires. [2] PCSK9 étant une protéine de la voie sécrétoire, nous avons ensuite évalué l’apport des différentes voies du trafic cellulaire, soit extra- ou intracellulaire, impliquées dans la dégradation du LDLR. À l’aide de milieux conditionnées dérivés d’hépatocytes primaires, nous avons d’abord démontré que le niveau extracellulaire de PCSK9 endogène n’a pas une grande influence sur la dégradation intracellulaire du LDLR, lorsqu’incubés sur des hépatocytes provenant de souris déficientes en PCSK9 (Pcsk9-/-). Par analyses de tri cellulaire (FACS), nous avons ensuite remarqué que la surexpression de PCSK9 diminue localement les niveaux de LDLR avec peu d’effet sur les cellules voisines. Lorsque nous avons bloqué l’endocytose du LDLR dans les cellules HepG2 (lignée de cellules hépatiques pour l’étude endogène de PCSK9), nous n’avons dénoté aucun changement des niveaux protéiques du récepteur. Par contre, nous avons pu démontrer que PCSK9 favorise la dégradation du LDLR par l’intermédiaire d’une voie intracellulaire. En effet l’interruption du trafic vésiculaire entre le réseau trans-Golgien (RTG) et les endosomes (interférence à l’ARN contre les chaînes légères de clathrine ; siCLCs) prévient la dégradation du LDLR de manière PCSK9-dépendante. [3] Par immunobuvardage d’affinité, nous avons identifié que la protéine Annexine A2 (AnxA2) interagit spécifiquement avec le domaine C-terminal de PCSK9, important pour son action sur le LDLR. Plus spécifiquement, nous avons cartographié le domaine R1 (acides aminés 34 à 108) comme étant responsable de l’interaction PCSK9AnxA2 qui, jusqu’à présent, n’avait aucune fonction propre. Finalement, nous avons démontré que l’ajout d’AnxA2 prévient la dégradation du LDLR induite par PCSK9. En somme, nos travaux ont pu identifier que d’autres membres de la famille du LDLR, soit ApoER2 et VLDLR, sont sensibles à la présence de PCSK9. De plus, nous avons mis en évidence que l’intégrité du trafic intracellulaire est critique à l’action de PCSK9 sur le LDLR et ce, de manière endogène. Finalement, nous avons identifié l’Annexine A2 comme unique inhibiteur naturel pouvant interférer avec la dégradation du LDLR par PCSK9. Il est indéniable que PCSK9 soit une cible de premier choix pour contrer l’hypercholestérolémie afin de prévenir le développement de MCV. Cet ouvrage apporte donc des apports considérables dans notre compréhension des voies cellulaires impliquées, des cibles affectées et ouvre directement la porte à une approche thérapeutique à fort potentiel. / Cardiovascular disease (CVD) is the primary cause of death and morbidity worldwide, claiming about 900 000 lives yearly in North America alone. A high level of circulating LDL-cholesterol is a major risk factor positively correlated with premature development of complex CVD mainly due to a rapid buildup of lipid deposition in the arteries. In collaboration with Dre Boileau, we recently discovered that the convertase PCSK9 is the third locus of familial hypercholesterolemia. A study published in the New Eng J Med revealed that the absence of PCSK9 reduces the risk of CVD by ~88%, resulting from a strong reduction of cholesterol in the bloodstream (LDL-C). It has been shown that PCSK9 directly binds the low-density lipoprotein receptor (LDLR) and by an unknown mechanism, reroutes it towards degradation in late endosomes/lysosomes, resulting in the accumulation of LDL-C particles in plasma. In this thesis, we addressed three different aspects of PCSK9 biology: [1] What are the targets of PCSK9? [2] Which cellular trafficking components are involved in PCSK9-induced LDLR degradation? [3] How can we inhibit the function of PCSK9? [1] We first demonstrated that PCSK9 induces the degradation of the LDLR and two of its closest family members. These include the very-low-density-lipoprotein receptor (VLDLR) and apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2) implicated in neuronal development and lipid metabolism. In addition, we demonstrated that these receptors enhance the cellular association of PCSK9 independently of the presence of the LDLR. This study represents the first evidence that PCSK9 could target other proteins for degradation, reinforcing its role as a key regulator of some members of the LDLR family. [2] Since PCSK9 is a secreted protein, we decided to investigate the contributions of both the intra- and extracellular trafficking pathways in LDLR degradation. Using conditioned media derived from mice primary hepatocytes, we showed that endogenously secreted PCSK9 was not able to influence LDLR levels of PCSK9-deficient primary hepatocytes (Pcsk9-/-). By flow cytometry (FACS), we observed that overexpression of the gain-of-function PCSK9-D374Y, but not wild type PCSK9, decreases cell surface LDLR on adjacent cells suggesting that its spectrum of action is local. We also noticed that blockade of endocytosis in HepG2 cells (commonly used to study endogenous LDLR degradation by PCSK9) does not affect total LDLR protein levels. In contrast, disruption of the intracellular trafficking between the trans-Golgi network (TGN) and endosomes (siRNAs against clathrin light chains; CLCs) prevented LDLR degradation in a PCSK9-specific manner. [3] By Far Western blotting, we identified that Annexin A2 (AnxA2) specifically interacts with the C-terminal domain of PCSK9, which is crucial for its function in LDLR degradation. Moreover, we determined that the R1 domain (amino acids 34 to 108) is responsible for the PCSK9AnxA2 interaction, which confers a new function for this protein. Finally, we showed that addition of AnxA2 prevents PCSK9-induced LDLR degradation. In summary, this work allowed us to identify that PCSK9 induces the degradation of the LDLR and its closest family members, ApoER2 and VLDLR. We also highlighted that the integrity of the intracellular trafficking pathway is crucial for endogenous PCSK9-induced LDLR degradation. Furthermore, we discovered that AnxA2 is a unique, natural inhibitor capable of interfering with the action of PCSK9 in LDLR degradation. It is undeniable that PCSK9 is a genetically validated target to reduce circulating LDL-cholesterol and prevent CVD. This thesis brings forth important contributions in our understanding of the cellular pathways involved and opens the door for novel therapeutic approaches.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La cryptogéine est un éliciteur protéique des réactions de défense chez le tabac sécrété par l’oomycète Phytophthora cryptogea. Son interaction avec un récepteur encore non identifié de la membrane plasmique déclenche une cascade d’événements de signalisation qui conduisent à une reprogrammation génique, à la diffusion d’un signal conférant une résistance systémique et, ultimement, à la mort des cellules directement exposées à cet éliciteur. Notre équipe avait précédemment mis en évidence une stimulation de la formation de vésicules d’endocytose quelques minutes après l’élicitation. Des études de microscopie électronique et d’inhibition pharmacologique avaient permis d’émettre l’hypothèse que cette endocytose était dépendante de la clathrine (CME). Ce processus essentiel des cellules eucaryotes concoure au maintien de l’homéostasie du plasmalemme. L’endocytose joue également deux rôles aux effets antagonistes lorsqu’elle est induite par un stimulus de l’environnement. Elle permet d’une part la production d’endosomes de signalisation qui vont délivrer le stimulus au cœur de la cellule, et assure d’autre part la désensibilisation de la membrane afin de préparer la cellule à percevoir d’autres stimuli.Mon travail de thèse avait pour objectif de confirmer que l’endocytose induite après traitement de cellules de tabac par la cryptogéine est bien dépendante de la clathrine et d’essayer de déterminer si elle est impliquée, directement ou indirectement, dans la transduction du signal d’élicitation et dans le développement des réactions de défense. Afin de visualiser in vivo la dynamique endocytaire, j’ai établi une suspension cellulaire de tabac exprimant une chaine légère de clathrine fusionnée à la GFP. La caractérisation de cette suspension par des approches biochimiques et par microscopie a confirmé l’induction d’une endocytose dépendante de la clathrine suite à l’élicitation par la cryptogéine. J’ai également développé une stratégie d’inhibition de la CME faisant appel à l’expression d’une version tronquée de la CHC, appelée hub, dont la propriété est d’empêcher la formation du manteau de clathrine à la membrane plasmique. La caractérisation d’une lignée cellulaire co-exprimant le marqueur d’endocytose GFP-CLC et le hub a montré qu’il était possible d’empêcher l’endocytose à clathrine induite par la cryptogéine sans altérer de façon significative l’endocytose constitutive. L’utilisation de cette stratégie d’inhibition sélective a ainsi démontré que des événements précoces induits à la membrane plasmique par la cryptogéine, telles l’alcalinisation du milieu extracellulaire et la production de formes actives de l’oxygène, ne sont pas dépendants de la CME. L’impact de l’invalidation de l’endocytose induite sur le déclenchement des réponses tardives a été étudié sur des cellules en suspension et sur des plants de tabac. Mes travaux ont révélé que l’endocytose contribuait de façon réduite à la reprogrammation du transcriptome et au déclenchement de la mort cellulaire programmée. Des travaux préliminaires effectués sur des plantes exposées à divers pathogènes du tabac ont montré que l’expression du hub affecte la sensibilité des plantes à certains de ces pathogènes. L’ensemble de ces travaux ouvrent la voie à une étude plus intégrative du rôle de l’endocytose dans l’interaction tabac-cryptogéine / Cryptogein, a protein secreted by the oomycete Phytophthora cryptogea, is an elicitor of defense reaction in tobacco. Cryptogein binding to an unidentified receptor of the plasma membrane triggers a signaling cascade that leads to changes in gene expression, production of a systemic acquired resistance signal, and cell death. Our lab previously reported a stimulation of endocytosis a few minutes after elicitation. Electron microscopy and pharmacological studies evidenced that this endocytosis is clathrin-mediated. Clathrin-mediated endocytosis (CME) is a fundamental eukaryotic cell process that ensures plasma membrane homeostasis. It also plays two antagonistic roles in extracellular signal transduction either by producing endosomes that convey the signal into the heart of the cell, or by downregulating plasma membrane receptors to attenuate cellular responsiveness and prepare the cell for subsequent signals.The aim of my thesis was to confirm clathrin dependence of cryptogein-induced endocytosis and to find out whether endocytosis is involved in cryptogein signaling and defense reactions. I established a tobacco cell suspension expressing clathrin light chain fused to GFP to follow CME in living cells. Biochemical and microscopic characterization of the cell suspension confirmed that cryptogein-induced endocytosis is clathrin-mediated. I also developed a dominant-negative strategy to inhibit CME by expressing a truncated form of clathrin heavy chain, the hub domain, which prevents clathrin-coated pit formation at the plasma membrane. Characterization of a cell line co-expressing GFP-CLC and the hub domain showed that it is possible to hinder cryptogein-induced CME without significantly altering constitutive endocytosis. This selective inhibition strategy revealed that cryptogein-induced early signaling events such as alkalinisation of the extracellular medium and reactive oxygen species production are CME-independent.Consequences of induced-CME inhibition on later responses to cryptogein were studied in cell suspension and in tobacco plants. My results showed that endocytosis contributes in a minor way to transcriptome reprogramming and cell death induction. Moreover, preliminary results suggested that hub expression increases the plant’s sensitivity to several pathogens. Altogether these results open up the prospect of addressing the role of CME during tobacco-cryptogein interaction in a more integrative view

Toutes les actions biologiques de l'hormone de croissance (GH) sont initiées par l'interaction de l'hormone avec un homodimère de son récepteur spécifique (GHR2) présent au niveau de la surface de ses cellules-cibles. Cette association conduit à l'activation de différentes voies de transduction du signal intracellulaire ainsi qu'à l'internalisation du complexe GH-GHR2, notamment au niveau de la mitochondrie. L'objectif de cette étude est de montrer le mécanisme et l'implication de l'internalisation par les cavéoles dans la régulation de l'action de la GH au niveau de la fonction mitochondriale. Nous avons montré l'importance de la boîte 1 du GHR dans la stimulation de l'activité respiratoire globale ; le transport de la GH par la voie des cavéoles dans la mitochondrie ; l'importance de la localisation intramitochondriale de la GH dans la régulation des complexes II et IV de la chaîne respiratoire. Ces résultats suggèrent une nouvelle voie d'action directe de la GH sur la mitochondrie