Dans un contexte où la forte prévalence du cancer du sein chez les femmes demeure depuis plusieurs années un enjeu de société majeur, les nouvelles stratégies visant à réduire la mortalité associée à cette maladie sont le sujet de nombreuses recherches scientifiques. Les facteurs d’ADP-ribosylation sont des petites protéines G monomériques importantes pour la réorganisation du cytosquelette d’actine, le remodelage des lipides membranaires et la formation de vésicules. Notre laboratoire a précédemment montré qu’ARF1 est surexprimée dans les cellules hautement invasives du cancer du sein et contribue à leur phénotype migratoire accru. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons défini le rôle de cette GTPase dans la migration de telles lignées cellulaires. Pour ce faire, nous avons étudié le rôle d’ARF1 dans l’activation de Rac1, un membre de la famille des GTPases Rho connu pour son implication dans la formation de lamellipodes ainsi que dans la migration cellulaire. Globalement, nous avons déterminé que l’activation d’ARF1 permet l’activation subséquente de Rac1 ainsi que de la voie de signalisation nécessaire au processus de migration. Par une approche d’interférence à l’ARN dans les cellules MDA-MB-231, nous avons d’abord montré la contribution essentielle de Rac1 la migration dépendante d’ARF1. Puis, de façon à établir le mécanisme derrière cette régulation, nous avons montré que l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 altère l’activation de Rac1 dépendante de l’EGF. Nous avons ensuite examiné les conséquences d’une telle inhibition sur les partenaires d’interaction de Rac1. Nous avons découvert qu’ARF1 et Rac1 forment un complexe constitutif, puis qu’ARF1est nécessaire à l’association de Rac1 à IRSp53, une protéine importante dans la formation de lamellipodes. La translocation dépendante de l’EGF du complexe Rac1/IRSp53 à la membrane plasmique est également sous le contrôle d’ARF1. En conclusion, cette étude fournit un nouveau mécanisme par lequel ARF1 régule la migration cellulaire et identifie cette GTPase en tant que cible pharmacologique prometteuse pour freiner le développement des métastases chez les patients atteints du cancer du sein. / ADP-ribosylation factors (ARFs) are monomeric G proteins important for actin cytoskeleton reorganization, lipid membrane remodeling, and vesicule formation. Our laboratory has previously shown that ARF1 is overexpressed in highly invasive breast cancer cells and contribute to their enhanced proliferation and migration phenotype. In this study, we propose to define the role of ARF1 on the activation of Rac1, an important member of the Rho family of GTPases implicated in the formation of lamellipodia and in the migration process. Globally, we evaluated whether ARF1 activation could affect Rac1 activation and the signaling pathway necessary for cell migration. Using an RNAi approach in MDA-MB-231 breast cancer cells, we first determined the essential contribution of Rac1 in ARF1-dependant migration. Mechanistically, endogenous inhibition of ARF1 expression altered EGF-dependent Rac1 activation. We next investigated the consequences of such effect on Rac1 interaction partners. We showed that ARF1 and Rac1 are constitutively complexed but that ARF1 is necessary for EGF-dependent Rac1 association with IRSp53, an essential protein for lamellipodia formation. When unable to interact, Rac1/IRSp53 complex translocation to plasma membrane was considerably inhibited. In conclusion, this study provides a new mechanism by which ARF1 regulates cell migration and identifies this GTPase as a promising pharmacological target to reduce metastasis formation in breast cancer patients.

Les petites protéines G Arf ont besoin d'un facteur d'échange nucléotidique (GEF) afin de passer de leur forme inactive liée au GDP à leur forme active liée au GTP. GBF1 est la GEF pour Arf1 qui assure, notamment, le recrutement du complexe manteau COPI impliqué dans le transport entre le Golgi précoce et le réticulum endoplasmique. Il a été récemment montré que GBF1 est impliqué dans la livraison de l'Adipose TriGlycéride Lipase (ATGL) sur les corps lipidiques (LDs). ATGL est une enzyme qui catalyse l'hydrolyse des triglycérides en diglycérides. Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif d'étudier et de caractériser l'interaction entre GBF1 et la lipase ATGL. Par des expériences de co-immunoprécipitation dans les cellules de mammifère, les domaines des deux protéines impliquées dans l'interaction ont été identifiés. Par des expériences de pulldown utilisant les protéines exprimées chez E. coli, j'ai montré que ces interactions sont directes. Afin d'approfondir l'étude de l'interaction entre GBF1 et ATGL, j'ai construit des outils permettant l'étude biochimique de GBF1 en purifiant plusieurs de ses domaines. J'ai tout d'abord cherché à mettre au point un test d'activité pour GBF1 afin de tester l'influence de protéines partenaires, dont ATGL, sur son activité. Malgré la purification de différents fragments de GBF1 contenant le domaine Sec7, aucun n'a présenté une activité avec Arf1Δ17 en solution. Le domaine N-terminal de la protéine, avec et sans une mutation empêchant une interaction intramoléculaire, ainsi que les domaines HDS1 et HDS2 de GBF1 ont également été purifiés / Small G proteins Arf require assistance from a Guanine nucleotide exchange factor (GEF) in order to switch between GDP- and GTP-bound forms. GBF1 is the Arf1 GEF that mediates COPI coat complex recruitment to early secretory pathway membranes. COPI is a protein that coats vesicles transporting proteins from the cis side of the Golgi complex back to the rough endoplasmic reticulum. GBF1 was recently shown to mediate delivery of Adipose TriGlyceride Lipase (ATGL) to the surface of lipid droplets (LDs). ATGL is an enzyme catalyzing the initial step in triglyceride hydrolysis in LDs. Thus, the aim of this work was to study interactions between GBF1 and ATGL. By co-immunoprecipitation experiments in mammalian cells, the domains of two proteins involved in the interaction have been identified. By pulldown assays using proteins expressed in bacteria, I showed that these interactions are direct. To further study of the GBF1-ATGL interaction, I developed tools for the biochemical study of GBF1, by purifying several of its domains. I first tried to develop a kinetic essay for GBF1 to test the influence of interacting partners, including ATGL, on its activity. Despite the purification of various GBF1 fragments containing the Sec7 domain, none have activity with Arf1Δ17 in solution. The N-terminal domain of the protein, with and without a mutation disrupting an intramolecular interaction, and the HDS1 and HDS2 domains of GBF1 were also purified.

Dans un contexte où la forte prévalence du cancer du sein chez les femmes demeure depuis plusieurs années un enjeu de société majeur, les nouvelles stratégies visant à réduire la mortalité associée à cette maladie sont le sujet de nombreuses recherches scientifiques. Les facteurs d’ADP-ribosylation sont des petites protéines G monomériques importantes pour la réorganisation du cytosquelette d’actine, le remodelage des lipides membranaires et la formation de vésicules. Notre laboratoire a précédemment montré qu’ARF1 est surexprimée dans les cellules hautement invasives du cancer du sein et contribue à leur phénotype migratoire accru. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons défini le rôle de cette GTPase dans la migration de telles lignées cellulaires. Pour ce faire, nous avons étudié le rôle d’ARF1 dans l’activation de Rac1, un membre de la famille des GTPases Rho connu pour son implication dans la formation de lamellipodes ainsi que dans la migration cellulaire. Globalement, nous avons déterminé que l’activation d’ARF1 permet l’activation subséquente de Rac1 ainsi que de la voie de signalisation nécessaire au processus de migration. Par une approche d’interférence à l’ARN dans les cellules MDA-MB-231, nous avons d’abord montré la contribution essentielle de Rac1 la migration dépendante d’ARF1. Puis, de façon à établir le mécanisme derrière cette régulation, nous avons montré que l’inhibition de l’expression endogène d’ARF1 altère l’activation de Rac1 dépendante de l’EGF. Nous avons ensuite examiné les conséquences d’une telle inhibition sur les partenaires d’interaction de Rac1. Nous avons découvert qu’ARF1 et Rac1 forment un complexe constitutif, puis qu’ARF1est nécessaire à l’association de Rac1 à IRSp53, une protéine importante dans la formation de lamellipodes. La translocation dépendante de l’EGF du complexe Rac1/IRSp53 à la membrane plasmique est également sous le contrôle d’ARF1. En conclusion, cette étude fournit un nouveau mécanisme par lequel ARF1 régule la migration cellulaire et identifie cette GTPase en tant que cible pharmacologique prometteuse pour freiner le développement des métastases chez les patients atteints du cancer du sein. / ADP-ribosylation factors (ARFs) are monomeric G proteins important for actin cytoskeleton reorganization, lipid membrane remodeling, and vesicule formation. Our laboratory has previously shown that ARF1 is overexpressed in highly invasive breast cancer cells and contribute to their enhanced proliferation and migration phenotype. In this study, we propose to define the role of ARF1 on the activation of Rac1, an important member of the Rho family of GTPases implicated in the formation of lamellipodia and in the migration process. Globally, we evaluated whether ARF1 activation could affect Rac1 activation and the signaling pathway necessary for cell migration. Using an RNAi approach in MDA-MB-231 breast cancer cells, we first determined the essential contribution of Rac1 in ARF1-dependant migration. Mechanistically, endogenous inhibition of ARF1 expression altered EGF-dependent Rac1 activation. We next investigated the consequences of such effect on Rac1 interaction partners. We showed that ARF1 and Rac1 are constitutively complexed but that ARF1 is necessary for EGF-dependent Rac1 association with IRSp53, an essential protein for lamellipodia formation. When unable to interact, Rac1/IRSp53 complex translocation to plasma membrane was considerably inhibited. In conclusion, this study provides a new mechanism by which ARF1 regulates cell migration and identifies this GTPase as a promising pharmacological target to reduce metastasis formation in breast cancer patients.

Les petites protéines G Arf ont besoin d'un facteur d'échange nucléotidique (GEF) afin de passer de leur forme inactive liée au GDP à leur forme active liée au GTP. GBF1 est la GEF pour Arf1 qui assure, notamment, le recrutement du complexe manteau COPI impliqué dans le transport entre le Golgi précoce et le réticulum endoplasmique. Il a été récemment montré que GBF1 est impliqué dans la livraison de l'Adipose TriGlycéride Lipase (ATGL) sur les corps lipidiques (LDs). ATGL est une enzyme qui catalyse l'hydrolyse des triglycérides en diglycérides. Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif d'étudier et de caractériser l'interaction entre GBF1 et la lipase ATGL. Par des expériences de co-immunoprécipitation dans les cellules de mammifère, les domaines des deux protéines impliquées dans l'interaction ont été identifiés. Par des expériences de pulldown utilisant les protéines exprimées chez E. coli, j'ai montré que ces interactions sont directes. Afin d'approfondir l'étude de l'interaction entre GBF1 et ATGL, j'ai construit des outils permettant l'étude biochimique de GBF1 en purifiant plusieurs de ses domaines. J'ai tout d'abord cherché à mettre au point un test d'activité pour GBF1 afin de tester l'influence de protéines partenaires, dont ATGL, sur son activité. Malgré la purification de différents fragments de GBF1 contenant le domaine Sec7, aucun n'a présenté une activité avec Arf1Δ17 en solution. Le domaine N-terminal de la protéine, avec et sans une mutation empêchant une interaction intramoléculaire, ainsi que les domaines HDS1 et HDS2 de GBF1 ont également été purifiés / Small G proteins Arf require assistance from a Guanine nucleotide exchange factor (GEF) in order to switch between GDP- and GTP-bound forms. GBF1 is the Arf1 GEF that mediates COPI coat complex recruitment to early secretory pathway membranes. COPI is a protein that coats vesicles transporting proteins from the cis side of the Golgi complex back to the rough endoplasmic reticulum. GBF1 was recently shown to mediate delivery of Adipose TriGlyceride Lipase (ATGL) to the surface of lipid droplets (LDs). ATGL is an enzyme catalyzing the initial step in triglyceride hydrolysis in LDs. Thus, the aim of this work was to study interactions between GBF1 and ATGL. By co-immunoprecipitation experiments in mammalian cells, the domains of two proteins involved in the interaction have been identified. By pulldown assays using proteins expressed in bacteria, I showed that these interactions are direct. To further study of the GBF1-ATGL interaction, I developed tools for the biochemical study of GBF1, by purifying several of its domains. I first tried to develop a kinetic essay for GBF1 to test the influence of interacting partners, including ATGL, on its activity. Despite the purification of various GBF1 fragments containing the Sec7 domain, none have activity with Arf1Δ17 in solution. The N-terminal domain of the protein, with and without a mutation disrupting an intramolecular interaction, and the HDS1 and HDS2 domains of GBF1 were also purified.