Paclitaxel is one of the most successful drugs for the treatment of cancer because of its ability to target tubulin, block cell cycle progression at mitosis, and induce apoptosis. Despite the success of Paclitaxel, the development of drug resistance hampers its clinical applicability. Paclitaxel is used in malignant tumors in the present research, including non-small cell lung cancer (NSCLC) and small cell lung cancer (SCLC), head-neck scale epitheliomatous, urinary bladder cancer, tumor of the reproduction organ and so on. Clinical treatment of paclitaxel be injected 250mg/m2 to previously non-treated patients of small lung cancer its effect about 34% and previously non-treated patients of non-small lung cancer its effect about 21% to 24% . On the other hand we had established a taxol-resistant human lung carcinoma subline A549R by paclitaxel to compare the different proteins with A549 wild type and treat the different concention of paclitaxel with MTT assay so as to observe the tolerance dosage of subline growth.We obtained the patient¡¦s specimens of lung cancer to treat with paclitaxel some of resistant and some of non-resistant to compare differentially expressed proteins between normal and tumor. When we cultured taxol-resistant human lung carcinoma subline in which paclitaxel and calcium regulate growth, owing to the proteins of changes result to resistance. The extraction cell subline and specimens were analyzed by 2-D electrophoresis patterns and we found that interact paclitaxel with calcium it is the important factor of drug resistant. Verified from clinical treatment might have hypercalcemia in malignant tumors and calcium ion may increase paclitaxel drug resistance and hypercalcemia patient will be more insensitive to paclitaxel treatment.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are classified in the phylum Glomeromycota. This fungal group cannot be easily identified using morphology of their spores and hyphae inside or outside plant-roots. This fundamental problem renders the study of their diversity extremely difficult, particularly in their natural habitat (soil and roots). The ribosomal genes have been widely used to develop specific primers and to infer phylogenetic trees. However, these genes are highly polymorphic and exist in multiple copies in the genome of the AMF. This leads misinterpretation of the results. In our study, we analysed the intra- and inter specific polymorphism of the β-tubulin gene, which is present in low copy number in AMF genome, to obtain further nucleotide sequences to develop molecular markers. β-tubulin genes were sequenced from genomic DNA of five Glomus species. PCR amplified β-tubulin genes were cloned and sequenced. Intra- and inter-specific polymorphism analyses indicate the polymorphic nature of β-tubulin gene in three AMF species. Two highly variable β-tubulin paralogs were newly identified in G. aggregatum, G. fasciculatum and G. cerebriforme. No evidence for the presence of paralogs was found in G. clarum and G. etunicatum. All AMF sequences show the presence of two introns, which are highly variable. The majority of substitutions are located in the exons and 90% are synonymous. The conservation of amino-acids level suggests a high level of negative selection acting on the β-tubulin gene and allows us to consider that the AMF represent an ancient fungal group (400 million years). A phylogenetic analysis, carried out with twentyone β-tubulin nucleotidic sequences, revealed that the sequences of Glomeraceae form a highly supported monophyletic group with Acaulosporaceae and Gigasporaceae as sistergroup. The newly identified paralogs from G. aggregatum and G. fasciculatum were not found to be monophyletic within each species. Oligonucleotides were designed in the conserved and variable regions. PCR amplification test of β-Tub.cerb.F / β-Tub.cerb.R revealed specific bands of 401 bp for the G. cerebriforme paralogs. Two pairs of primers were developed to identify sequences of the group named Tub.1. PCR tests have allowed us to identify certain sequences of Tub.1 group. A primer pair of β-Tub.2.F / β-Tub.2.R we identified some sequences paralogous group named Tub.2. Analysis of other genes combined with that of β-tubulin gene enable the development of more specific molecular markers for AMF identification.

L’étude chimique de l’exsudat glutineux recouvrant les bourgeons et la base des feuilles de Gardenia urvillei Montrouz. et Gardenia oudiepe Vieill., Rubiaceae endémiques de Nouvelle-Calédonie, a conduit à la détermination structurale de douze cycloartanes, neuf seco-cycloartanes, huit dammaranes et sept flavonoïdes. Parmi ces métabolites secondaires, six cycloartanes, quatre seco-cycloartanes et deux dammaranes sont des composés originaux. Les évaluations biologiques sur différentes cibles, notamment la recherche de propriétés anti-angiogéniques par déplacement du VEGF de son récepteur VEGF-R1 ou par inhibition de la polymérisation de la tubuline, ayant montré des résultats encourageants, une chimiothèque d’analogues a été hémisynthétisée. A cette fin, les composés majoritaires en séries cycloartane, dammarane, et flavonoïde, respectivement l’oudiépone A, l’hydroxydammarénone II, la santine, la 5,7-dihydroxy-3,3’,4’,5’,6-pentaméthoxyflavone et le kaempférol ont servi de points de départ à des modifications structurales ayant permis d’accéder à douze cycloartanes, deux seco-cycloartanes, trois dammaranes, un seco-dammarane et huit flavonoïdes supplémentaires. Un début de relation structure-activité a ainsi pu être décrit dans les domaines mentionnés précédemment. / Phytochemical studies of glutinous exudate covering the buds et the leaf base of Gardenia urvillei Montrouz. et Gardenia oudiepe Vieill., Rubiaceaeous species endemic to New Caledonia, have led to the identification of twelve cycloartanes, nine seco-cycloartanes, eight dammaranes et seven flavonoids. Among these secondary metabolites, six cycloartanes, four seco-cycloartanes et two dammaranes are original natural products. Biological evaluations, such as search for anti-angiogenic properties or inhibition of tubulin polymerization, have shown promising results. In order to establish the structure-activity relationships for these activities, twenty-six analogs were semisynthesized from the major isolated compounds, oudiépone A, hydroxydammarénone II, santin, 5,7-dihydroxy-3,3’,4’,5’,6-pentamethoxyflavone et kaempferol.

Les microtubules sont des éléments dynamiques du cytosquelette qui contrôlent à la fois l’organisation du cytoplasme, la polarité, la migration et la division cellulaire. Notre laboratoire a précédemment montré que la kinase de stress JNK (c-Jun NH2-terminal Kinase) régule la dynamique des microtubules dans les cellules épithéliales de mammifères, en augmentant les vitesses de polymérisation, ainsi que les fréquences de sauvetage (transition vers une phase de repolymérisation). Alors que certaines protéines neuronales capables de réguler la dynamique des microtubules ont été identifiées comme des substrats de JNK, leurs équivalents dans les cellules épithéliales sont largement méconnus. Dans le but de comprendre comment JNK module la dynamique des microtubules dans les cellules épithéliales de mammifère, nous avons étudié deux substrats potentiels de JNK : la -tubuline et le facteur de sauvetage CLIP-170. Nous avons bien mis en évidence in vitro, une phosphorylation de la -tubuline par JNK sur une thréonine non-consensus, mais cette phosphorylation n’a pas été retrouvée dans les cellules HeLa, suggérant que la -tubuline n’est pas un substrat naturel de JNK in vivo. Nous avons mis en évidence par ailleurs que CLIP-170 est un nouveau substrat de JNK. Dans les cellules épithéliales, JNK activée phosphoryle trois résidus (Thr25, Thr45 et Ser147) situés dans la partie N-terminale de CLIP-170 de part et d’autre du premier domaine CAP-Gly qui est nécessaire pour l’interaction avec les microtubules. Ces acides aminés présentent des différences aussi bien dans leur phosphorylation basale que dans leurs cinétiques de phosphorylation par JNK sous divers stress. De plus, nous avons trouvé que dans différentes cellules épithéliales, la phosphorylation de ces sites est conservée. In vitro, ces résidus sont directement phosphorylés par JNK, préférentiellement quand le domaine N-terminal de CLIP-170 lie la tubuline. De plus, l’expression de mutants de CLIP-170 phospho-mimétiques et non-phosphorylables a montré que la phosphorylation de chaque site augmente la fréquence des sauvetages microtubulaires. Cette modulation n’est pas corrélée à une augmentation de la capacité de CLIP-170 à former des comètes aux extrémités plus en croissance ou à être retenue aux croissements microtubulaires, qui sont des sites de sauvetage potentiels.Ce travail a permis de décrire les premières phosphorylations de CLIP-170 qui stimulent sa fonction de sauvetage in vivo. Il souligne par ailleurs la complexité des mécanismes de sauvetage, qui demeurent un aspect encore énigmatique de l’instabilité dynamique des microtubules. L’activité de JNK sur CLIP-170 ne permet d’expliquer qu’une partie des effets de la kinase sur la dynamique des microtubules, aussi la recherche d’autres protéines cibles de JNK pouvant réguler notamment leur vitesse de polymérisation, reste à entreprendre. / Microtubules are dynamic cytoskeleton elements, which control cytoplasm organization, cell polarity, migration and division. Our laboratory has previously shown that the stress kinase JNK (c-Jun NH2-terminal Kinase) regulates microtubule dynamics in mammalian epithelial cells, by increasing their growth rates, and their rescue frequencies (transition towards phases of repolymerization). While several neuronal proteins regulating microtubule dynamics have been identified as JNK substrates, their counterparts in epithelial cells are largely unknown. With the aim to understand how JNK modulates microtubule dynamics in mammalian epithelial cells, we studied two putative substrates of JNK: -tubulin and the rescue factor CLIP-170. Regarding -tubulin, using an in vitro kinase assay, we found that a non-consensus threonine is actually phosphorylated by JNK, but we were not able to find this phosphorylation in HeLa cells, suggesting that -tubulin is not a natural JNK substrate. In parallel, we found that CLIP-170 is a new substrate of JNK in epithelial cells. Activated JNK phosphorylates three residues (Thr25, Thr45 and Ser147) located in the N-terminal part of CLIP-170, on each side of the first CAP-Gly domain, which is required for CLIP-170 interaction with microtubules. These residues exhibit differences in their level of basal phosphorylation and their kinetics of phosphorylation by JNK under various stresses. Moreover, we found that in different epithelial cells, the phosphorylation of these sites is conserved. Using an in vitro kinase assay, we found that all these residues are directly phosphorylated by JNK, preferentially when the N-terminal domain of CLIP-170 binds tubulin. Furthermore, using phospho-mimetic and non-phosphorylatable CLIP-170 mutants in epithelial cells, we revealed that the phosphorylation of each site increases microtubule rescues. Such modulation operates without increasing CLIP-170 capability to form comets at the microtubule growing plus ends or to accumulate at microtubule crossings, which are potential rescue sites.This work described the first phosphorylations that enhance CLIP-170 rescue factor function in vivo. It also points out to which extent rescue mechanisms are complex and remain an elusive aspect of dynamic instability. JNK-mediated phosphorylation of CLIP-170 only partly explains the kinase effects on microtubule dynamics. Therefore, identifying other JNK targets that may regulate microtubule polymerization rate, remains to be addressed.

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Antikörper und Antigen-bindende Proteine, die an Fluorophore, Tracer und Wirkstoffe konjugiert sind, sind einzigartige Moleküle, welche die Entwicklung wertvoller diagnostischer und therapeutischer Werkzeuge ermöglichen. Allerdings ist der Konjugationsschritt sehr anspruchsvoll und trotz intensiver Forschung noch immer ein bedeutender Engpass. Zusätzlich sind Antigen-bindende Proteine oftmals nicht dazu in der Lage, die Zellmembran zu durchdringen und im Zellinneren nicht funktionsfähig. Daher ist ihre Verwendung auf extrazelluläre Targets beschränkt, was eine bedeutende Anzahl wichtiger Antigene vernachlässigt. Beide Limitierungen bilden Kernaspekte dieser Arbeit. Mit Tub-tag labeling wurde ein neuartiges und vielseitiges Verfahren für die ortsspezifische Funktionalisierung von Biomolekülen und Antigen-bindenden Proteinen entwickelt, und so die Palette der Proteinfunktionalisierungen bedeutend erweitert. Tub-tag wurde erfolgreich für die ortsspezifische Funktionalisierung verschiedener Proteine und Antigen-bindender Nanobodies angewendet, die für konfokale Mikroskopie, Proteinanreicherung und hochauflösende Mikroskopie eingesetzt wurden. In einem weiteren Projekt wurden zellpermeable Antigen-bindende Nanobodies hergestellt und somit das schon lange Zeit bestehende Ziel, intrazelluläre Targets durch in vitro funktionalisierte Antigen-bindende Proteine zu visualisieren und manipulieren, erreicht. Hierzu wurden zwei verschiedene Nanobodies an ihrem C-Terminus cyclischen zellpenetrierenden Peptiden unter Verwendung von Expressed Protein Ligation funktionalisiert. Diese Peptide ermöglichten die Endozytose-unabhängige Aufnahme der Nanobodies mit sofortiger Bioverfügbarkeit. Mit Tub-tag labeling und der Synthese von zellpermeablen Nanobodies konnten wichtige Bottlenecks im Bereich der Proteinfunktionalisierung und Antikörperforschung adressiert werden und neue Tools für die biochemische und zellbiologische Forschung entwickelt werden. / Antibodies and antigen binding proteins conjugated to fluorophores, tracers and drugs are powerful molecules that enabled the development of valuable diagnostic and therapeutic tools. However, the conjugation itself is highly challenging and despite intense research efforts remains a severe bottleneck. In addition to that, antibodies and antigen binding proteins are often not functional within cellular environments and unable to penetrate the cellular membrane. Therefore, their use is limited to extracellular targets leaving out a vast number of important antigens. Both limitations are core aspects of the presented thesis. With Tub-tag labeling, a novel and versatile method for the site-specific functionalization of biomolecules and antigen binding proteins was developed expanding the toolbox of protein functionalization. The method is based on the microtubule enzyme tubulin tyrosine ligase. Tub-tag labeling was successfully applied for the site-specific functionalization of different proteins including antigen binding nanobodies which enabled confocal microscopy, protein enrichment and super-resolution microscopy. In addition to that, cell permeable antigen binding nanobodies have been generated constituting a long thought goal of tracking and manipulating intracellular targets by in vitro functionalized antigen binding proteins. To achieve this goal, two different nanobodies were functionalized at their C-terminus with linear and cyclic cell-penetrating peptides using expressed protein ligation. These peptides triggered the endocytosis independent uptake of the nanobodies with immediate bioavailability. Taken together, Tub-tag labeling and the generation of cell-permeable antigen binding nanobodies strongly add to the functionalization of antibodies and their use in biochemistry, cell biology and beyond.

Text in English / Specially prepared 2-amino-5-bromo-3-iodoacetophenone and 5-bromo-2-hydroxy-3 iodoacetophenone were subjected to Claisen-Schmidt aldol condensation with benzaldehyde derivatives followed by sequential and/or one-pot palladium catalyzed Sonogashira cross coupling and heteroannulation of the 3-alkynylated intermediates to afford indole-chalcones and benzofuran-chalcones, respectively. The indole-chalcones derivatives were, in turn, subjected to trifluoroacetic anhydride in tetrahydrofuran under reflux to afford the corresponding 3-trifluoroacetyl substituted indole-chalcone derivatives. The coupling constant values (Jtrans) of about 16.0 Hz for the chalcone derivatives corresponding to the vinylic protons confirmed the trans geometry of the α,β-unsaturated carbonyl framework in all the cases. Their trans geometry of the chalcone derivatives was further confirmed by single crystal X-ray diffraction (XRD) analyses. Further structural elaboration of the ambident electrophilic α,β unsaturated carbonyl (chalcone) moiety of the indole-chalcones and the analogous benzofuran chalcones with 2-aminothiophenol afforded novel benzothiezapine-appended indole and benzofuran hybrids, respectively. Sonogashira cross-coupling of 5-bromo-2-hydroxy-3 iodoacetophenone with terminal acetylenes followed by heteroannulation of the intermediate 3-alkynylated 5-bromo-2-hydroxyacetophenones afforded the corresponding 7-acetyl-2-aryl-5-bromobenzofurans in a single-pot operation. The oximes derived from the 7-acetyl–substituted 2-aryl-5-bromobenzofurans were subjected to Beckmann rearrangement with triflic acid in acetonitrile under reflux. We isolated the corresponding 7-amino-2-aryl-5 bromobenzofuran derivatives formed from hydrolysis in situ of the intermediate 7-acetamide 2-aryl-5-bromobenzofurans. Amino-dechlorination of the 4-chloroquinazoline derivatives with the 7-aminobenzofurans afforded novel benzofuran 4-aminoquinazoline hybrids. The prepared compounds were characterized using a combination of nuclear magnetic resonance (1H-NMR & 13C-NMR including 19F-NMR), infrared (IR) and mass spectroscopic techniques complemented with single crystal X-ray diffraction (XRD) analyses and/or density functional (DFT) method. The benzofuran-chalcone 203a–y derivatives were evaluated for anti-growth effect against the breast cancer (MCF-7) cell line by the MTT cell viability assay. Their mode of cancer cell death (apoptosis versus necrosis) was detected by Annexin V-Cy3 SYTOX staining and caspase-3 activation. The most cytotoxic compounds 203i and 203o were also evaluated for potential to inhibit tubulin polymerization and/or epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase (EGFR-TK) phosphorylation. The experimental results were complemented with theoretical data from molecular docking into ATP binding site of the EGFR and colchicine binding site of tubulin, respectively. The benzofuran–4-aminoquinazoline hybrids 215a–j, on the other hand, were evaluated for antiproliferative propeties in vitro against the human lung cancer (A549), epithelial colorectal adenocarcinoma (Caco-2) and hepatocellular carcinoma (C3A) cell lines. The benzofuran-aminoquinazoline hybrids were also evaluated for potential to induce apoptosis and for their capability to inhibit EGFR-TK phosphorylation complemented with molecular docking (in silico) into the ATP binding site of EGFR. Mechanistic studies demonstrated that the benzofuran-appended aminoquinazoline hybrids 215d and 215j induced apoptosis via activation of caspase-3 pathway. Moreover, compounds 215d and 215j exhibited significant and moderate inhibitory effects against EGFR (IC50 = 29.3 nM and 61.5 nM, respectively) when compared to Gefitinib (IC50 = 33.1 nM). Molecular docking of compounds 215 into EGFR-TK active site suggested that they bind to the region of EGFR like Gefitinib does. / Chemistry / D. Phil. (Chemistry)

Sweet potato is a popular food security crop in South Africa and has a considerable commercial value. Fusarium wilt (FW), caused by the fungal pathogen Fusarium oxysporum formae speciales (f. sp.) batatas, has been reported worldwide and is widespread in sweet potato production areas in South Africa. Preliminary molecular identification of South African isolates from diseased sweet potato plants indicated that there are other formae speciales besides F. oxysporum f. sp. batatas associated with FW. The objectives of the study were to conduct a field survey and to characterise the isolates of the Fusarium oxysporum species complex (FOSC) using phylogenetic analyses, morphological characterisation and DNA barcoding. Phylogenetic analyses revealed two other formae speciales, namely F. oxysporum f. sp. tuberosi and F. oxysporum f. sp. vanillae that were associated with FW. This study has contributed in understanding and knowledge of FOSC associated with FW of sweet potato in South Africa. / Life and Consumer Sciences / M. Sc. (Life Sciences)

Les microtubules sont de longs polymères cylindriques de la protéine α, β tubuline, utilisés dans les cellules pour construire le cytosquelette, le fuseau mitotique et les axonèmes. Ces polymères creux sont cruciaux pour de nombreuses fonctions cellulaires, y compris le transport intracellulaire et la ségrégation chromosomique pendant la division cellulaire. Au fur et à mesure que les cellules se développent, se divisent et se différencient, les microtubules passent par un processus, appelé instabilité dynamique, ce qui signifie qu’ils basculent constamment entre les états de croissance et de rétrécissement. Cette caractéristique conservée et fondamentale des microtubules est étroitement régulée par des familles de protéines associées aux microtubules. Les protéines de kinésine-13 sont une famille de facteurs régulateurs de microtubules qui dépolymérisent catalytiquement les extrémités des microtubules. Cette thèse traite d’abord des concepts mécanistiques sur le cycle catalytique de la kinésine-13. Afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire par lequel les protéines de kinésine-13 induisent la dépolymérisation des microtubules, nous rapportons la structure cristalline d’un monomère de kinésine-13 catalytiquement actif (Kif2A) en complexe avec deux hétérodimères αβ-tubuline courbés dans un réseau tête-à-queue. Nous démontrons également l’importance du « cou » spécifique à la classe de kinésine-13 dans la dépolymérisation catalytique des microtubules. Ensuite, nous avons cherché à fournir la base moléculaire de l’hydrolyse tubuline-guanosine triphosphate (GTP) et son rôle dans la dynamique des microtubules. Dans le modèle que nous présentons ici, l’hydrolyse tubuline-GTP pourrait être déclenchée par les changements conformationnels induits par les protéines kinésine-13 ou par l’agent chimique stabilisant paclitaxel. Nous fournissons également des preuves biochimiques montrant que les changements conformationnels des dimères de tubuline précèdent le renouvellement de la tubuline-GTP, ce qui indique que ce processus est déclenché mécaniquement. Ensuite, nous avons identifié la kinésine de microtubule Kif2C comme une protéine associée à des modèles d’ADN imitant la rupture double brin (DSB) et à d’autres protéines de réparation DSB connues dans les extraits d’œufs de Xenope et les cellules de mammifères. Les cassures double brin d’ADN (DSB) sont un type majeur de lésions d’ADN ayant les effets les plus cytotoxiques. En raison de leurs graves impacts sur la survie cellulaire et la stabilité génomique, les DSB d’ADN sont liés à de nombreuses maladies humaines, y compris le cancer. Nous avons constaté que les activités PARP et ATM étaient toutes deux nécessaires pour le recrutement de Kif2C sur les sites de réparation de l’ADN. Kif2C knockout ou inhibition de son activité de dépolymérisation des microtubules a conduit à l’hypersensibilité des dommages à l’ADN et à une réduction de la réparation du DSB via la jonction terminale non homologue et la recombinaison homologue. Dans l’ensemble, notre modèle suggère que les protéines de kinésine-13 peuvent interagir avec les dimères de tubuline aux extrémités microtubules et modifier leurs conformations, moduler l’étendue des extrêmités tubuline-GTP dans les cellules et déclencher le désassemblage des microtubules. Ces deux modèles pourraient être des clés pour démêler les mécanismes impliqués dans le nouveau rôle de Kif2C dans la réparation de l’ADN DSB sans s’associer à des polymères de microtubules. / Microtubules are long, cylindrical polymers of the proteins α, β tubulin, used in cells to construct the cytoskeleton, the mitotic spindle and axonemes. These hollow polymers are crucial for many cellular functions including intracellular transport and chromosome segregation during cell division. As cells grow, divide, and differentiate, microtubules go through a process, called dynamic instability, which means they constantly switch between growth and shrinkage states. This conserved and fundamental feature of microtubules is tightly regulated by families of microtubule-associated proteins (MAPs). Kinesin-13 proteins are a family of microtubule regulatory factors that catalytically depolymerize microtubule ends. This thesis first discusses mechanistic insights into the catalytic cycle of kinesin-13. In order to better understand the molecular mechanism by which kinesin-13 proteins induce microtubule depolymerization, we report the crystal structure of a catalytically active kinesin-13 monomer (Kif2A) in complex with two bent αβ-tubulin heterodimers in a head-to-tail array. We also demonstrate the importance of the kinesin-13 class-specific “neck” in modulating Adenosine triphosphate (ATP) turnover and catalytic depolymerization of microtubules. Then, we aimed to provide the molecular basis for tubulin-Guanosine triphosphate (GTP) hydrolysis and its role in microtubule dynamics. Although it has been known for decades that tubulin-GTP turnover is linked to microtubule dynamics, its precise role in the process and how it is driven are now well understood. In the model we are presenting here, tubulin-GTP hydrolysis could be triggered via the conformational changes induced by kinesin-13 proteins or by the stabilizing chemical agent paclitaxel. We also provide biochemical evidence showing that conformational changes of tubulin dimers precedes the tubulin-GTP turnover, which indicates that this process is triggered mechanically. Next, we identified microtubule kinesin Kif2C as a protein associated with double strand break (DSB)-mimicking DNA templates and other known DSB repair proteins in Xenopus egg extracts and mammalian cells. DNA double strand breaks (DSBs) are a major type of DNA lesions with the most cytotoxic effects. Due to their sever impacts on cell survival and genomic stability, DNA DSBs are related to many human diseases including cancer. Here we found that PARP and ATM activities were both required for the recruitment of Kif2C to DNA repair sites. Kif2C knockdown/knockout or inhibition of its microtubule depolymerizing activity led to accumulation of endogenous DNA damage, DNA damage hypersensitivity, and reduced DSB repair via both non-homologous end-joining (NHEJ) and homologous recombination (HR). Interestingly, genetic depletion of KIF2C, or inhibition of its microtubule depolymerase activity, reduced the mobility of DSBs, impaired the formation of DNA damage foci, and decreased the occurrence of foci fusion and resolution. Altogether, our findings shed light on the mechanisms involved in kinesin-13 catalyzed microtubule depolymerization. Our tubulin-GTP hydrolysis model suggests that kinesin-13 proteins may interact with tubulin dimers at microtubules ends and alter their conformations, modulate the extent of the GTP caps in cells and trigger microtubule disassembly. These two models could be keys to unravel the mechanisms involved in the novel role of Kif2C in DNA DSB repair without associating with microtubule polymers.

No / The orally active microtubule-disrupting agent (S)-1-ethyl-3-(2-methoxy-4-(5-methyl-4-((1-(pyridin-3-yl)butyl)amino)pyrimidin-2- yl)phenyl)urea (CYT997), reported previously by us (Bioorg Med Chem Lett 19:4639-4642, 2009; Mol Cancer Ther 8:3036-3045, 2009), is potently cytotoxic to a variety of cancer cell lines in vitro and shows antitumor activity in vivo. In addition to its cytotoxic activity, CYT997 possesses antivascular effects on tumor vasculature. To further characterize the vascular disrupting activity of CYT997 in terms of dose and temporal effects, we studied the activity of the compound on endothelial cells in vitro and on tumor blood flow in vivo by using a variety of techniques. In vitro, CYT997 is shown to potently inhibit the proliferation of vascular endothelial growth factor-stimulated human umbilical vein endothelial cells (IC(50) 3.7 +/- 1.8 nM) and cause significant morphological changes at 100 nM, including membrane blebbing. Using the method of corrosion casting visualized with scanning electron microscopy, a single dose of CYT997 (7.5 mg/kg i.p.) in a metastatic cancer model was shown to cause destruction of tumor microvasculature in metastatic lesions. Furthermore, repeat dosing of CYT997 at 10 mg/kg and above (intraperitoneally, b.i.d.) was shown to effectively inhibit development of liver metastases. The time and dose dependence of the antivascular effects were studied in a DLD-1 colon adenocarcinoma xenograft model using the fluorescent dye Hoechst 33342. CYT997 demonstrated rapid and dose-dependent vascular shutdown, which persists for more than 24 h after a single oral dose. Together, the data demonstrate that CYT997 possesses potent antivascular activity and support continuing development of this promising compound.