Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Chez les cellules eucaryotes, la biosynthèse des protéines est essentielle à la vie. Pour accomplir leurs fonctions biologiques, les protéines doivent être acheminées au bon endroit dans la cellule, notamment par la voie de sécrétion. Cette voie de transport est organisée en diverses structures membranaires distinctes. La porte d'entrée des protéines sécrétées et des protéines membranaires dans la voie de sécrétion est le réticulum endoplasmique. À cet endroit, les protéines sont repliées correctement, glycosylées et forment des ponts disulfures. Par la suite, la plupart d'entre elles sont acheminées à l'appareil de Golgi par des vésicules de transport. Dans ce compartiment intracellulaire, les groupements glycosyls des glycoprotéines sont alors modifiés. Finalement, certaines protéines sont transportées à la vacuole ou à la membrane plasmique par une autre série de vésicules de transport. Chez Saccharomyces cerevisiae, la voie de sécrétion des protéines est très semblable à celle des cellules de mammifères dans sa capacité de replier les protéines, de les glycosyler et de les sécréter. Ces propriétés dépendent du bon fonctionnement de la voie de sécrétion. Nos travaux ont consisté à étudier le transport de l'invertase vers l'espace périplasmique chez Saccharomyces cerevisiae W303-lb. Des études antérieures ont démontré que W303-lb manifeste à 37 °C un ralentissement de la sécrétion de l'invertase dans l'espace périplasmique comparativement à SEY6210. Notre hypothèse de travail vise sur l'identification, par complémentation génétique, d'un gène défectueux responsable du phénotype observé chez W303-1 b. De plus, ce défaut de sécrétion est corrigé par la délétion du gène SLA 1 chez W303-1 b. Sial p est une protéine liant l'actine qui semble importante dans le transport de certaines protéines entre le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi. Nous avons montré qu'un fragment d'ADN génomique du chromosome IX restaure la sécrétion de l'invertase chez W303-1 b. Ce fragment contient trois gènes (ECM37, YILJ 45C et TID3) où seul le gène YILJ 45C possède un cadre de lecture ouverte (ORF) entier. Finalement, plusieurs hypothèses ont été émises sur les effets possibles de ces gènes sur la sécrétion de l'invertase, ce qui permettra éventuellement d'élaborer de nouvelles hypothèses concernant l'organisation du système de sécrétion chez Saccharomyces cerevisiae et les liens moléculaires qui peuvent exister entre le cytosquelette et la machinerie protéique régulant le transport des protéines.

La métastase est la cause principale de décès chez les individus atteints de tumeurs solides. Lors d'un criblage pan-génomique d’ARN interférence, 22 gènes candidats suppresseurs de métastase ont été identifiés (Gobeil et al., 2008). Parmi ceux-ci, le gène de la cathepsine O (Ctso) et celui de l’actine alpha des muscles lisses (Acta2), ont été choisis pour être caractérisés. Les résultats obtenus en faisant des études de perte de fonction par ARN interférence et de gain de fonction via une expression ectopique, suggèrent que Ctso et Acta2 sont impliqués dans l’adhésion et la migration et potentiellement dans la survie/croissance cellulaire ainsi que dans l’invasion des cellules tumorales. De plus, mes résultats démontrent que la protéine Ctso est secrétée par des cellules de mélanome murin, suggérant une fonction extracellulaire. Bien que ces résultats tendent à démonter l’implication de Ctso et Acta2 dans la métastase, d’autres études doivent être accomplies pour approfondir leur rôle.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La mort cellulaire programmée assure l'élimination des cellules représentant une menace pour l'organisme. Des lésions génétiques permettant de résister à la mort par apoptose contribuent à la progression tumorale et à la résistance aux thérapies anticancéreuses classiques. Les travaux présentés dans cette thèse visent une meilleure compréhension des programmes alternatifs de mort cellulaire agissant efficacement dans les cellules tumorales. La protéine E4orf4 de l'adénovirus active un tel programme indépendant de p53 et de l'activité des caspases. Des données suggèrent que E4orf4 redirige l'activité oncogénique de Src vers la réorganisation de l'actine au détriment des voies de survie cellulaire. L'objectif de cette thèse est d'étudier la contribution de la dynamique de l'actine dans la mort cellulaire induite par E4orf4. Les résultats indiquent que E4orf4 induit deux programmes alternatifs de mort cellulaire selon sa localisation dans les cellules transformées. E4orf4 induit un programme indépendant de Src à partir du noyau et un programme dépendant de Src et de l'activité des calpaïnes à partir d'un compartiment membranaire. Une étude approfondie du programme dépendant de Src a révélé que la translocation de E4orf4 dans le cytoplasme et les membranes active la myosine II et stimule une nouvelle polymérisation de l'actine, laquelle est associée avec le recrutement et l'ancrage des endosomes de recyclage dans une région juxtanucléaire. Ce remodelage de l'actine requiert l'association de E4orf4 avec Src et une activation locale des voies de signalisation des petites GTPases RhoA/Rho kinase, Racl et Cdc42/N-Wasp. Certains résultats suggèrent que la présence de E4orf4 dans les radeaux lipidiques pourrait favoriser le recrutement de la machinerie de régulation de l'actine par la production de PIP2. E4orf4 détournerait le trafic endosomal pour permettre l'assemblage d'un anneau contractile juxtanucléaire ancré à la périphérie de la cellule par des fibres de stress. Des résultats solides indiquent que l'activité cytotoxique de E4orf4 relève de son effet sur la dynamique de l'actine. Cette thèse propose qu'un dérèglement de la dynamique de l'actine qui interfère avec le trafic membranaire normal peut déclencher un programme de mort cellulaire alternatif à partir des voies de sécrétion.

Chez Saccharomyces cerevisiae, le cytosquelette d'actine est formé de câbles d'actine et de granules corticaux. La surexpression d'ARF3 dans trois souches présentant un défaut soit dans la formation des câbles soit dans l'organisation des granules corticaux a entraîné une correction de leurs phénotypes. Ces résultats suggèrent un rôle pour Arf3p dans la formation et/ou l'organisation de ces deux structures. La mutagenèse dirigée a permis de démontrer que la myristoylation d'Arf3p est nécessaire à son activité. La localisation spécifique d'Arf3p est dépendante des protéines Bni1p, Drs2p, Gea1p et Gea2p qui ont un rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine. De plus, ARF3 démontre une interaction génétique avec GEA2 et la surexpression de GEA2 et de la région fonctionnelle de BNI1 corrigent le bourgeonnement aléatoire d'arf3?. Ces résultats indiquent un rôle important pour Arf3p dans l'organisation du cytosquelette d'actine ainsi qu'un lien entre cette protéine et plusieurs autres impliquées dans cette structure.

Cette étude vise à définir l'effet des lipoprotéines de basses densité natives (LDL) et oxydées (ox-LDL) sur les fonctions des cellules endothéliales en relation avec les processus physiopathologiques de l'athérosclérose. Le microscope à force atomique (AFM) fut utilisé en combinaison avec les méthodes biochimiques traditionnelles afin d'acquérir de l'information sur les propriétés biomécaniques des cellules endothéliales. L'AFM est un outil permettant l'acquisition d'images et de mesures de forces quantitatives concernant les propriétés viscoélastiques des cellules vivantes selon leur exposition aux LDL ou ox-LDL. L'AFM rassemble localement des informations sur la membrane cellulaire et le cytosquelette des cellules et ce, de manière non invasive. Il est ensuite possible de corréler les résultats obtenus avec les marquages immunohistochimiques afin d'évaluer la réponse cellulaire suite à une exposition à des LDL ou ox-LDL. Ces données recueillies, les protocoles étant au point, il ne restera plus qu'à effectuer les tests avec les antioxydants afin de déterminer les agents et les dosages appropriés permettant une protection salutaire de l'endothélium. Ce travail amène donc de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires fondamentaux de la dysfonction endothéliale en vue éventuellement de développer de nouvelles thérapies cytoprotectrices efficaces. Une méthode d'imagerie des LDL a également été mise au point en utilisant l'AFM. Il est maintenant possible d'obtenir des images de bonne qualité permettant aussi de mesurer les dimensions de LDL individuelles. Cette technique pourrait entre autre servir à évaluer des pathologies touchant les LDL comme le diabète.

Les petites protéines G de la famille Rho sont des régulateurs importants de la fonction cellulaire. Elles lient les signaux extracellulaires à l'activation de diverses voies de signalisation telles que celles menant à la phagocytose, la mitogénèse, l'adhésion cellulaire, l'expression génique,... Toutefois leur fonction principale est l'assemblage et l'organisation du cytosquelette d'actine. Ces GTPases fonctionnent comme des interrupteurs moléculaires, actifs lorsque liés au GTP et inactifs sous la forme liée au GDP. Le but de notre thèse est d'investiguer, dans les cellules thyroïdiennes de chien en culture primaire, l'implication des protéines de la famille Rho et de l'organisation du cytosquelette d'actine dans les actions diverses que la TSH exerce, via l'AMPc, sur la morphologie, la prolifération, la différenciation et la fonction des thyrocytes de chien en culture primaire. Trois cascades conduisant à la mitogénèse coexistent dans la cellule thyroïdienne de chien: la voie de l'AMPc stimulée par la TSH ou la forskoline (activateur direct de l'adénylate cyclase), la voie des facteurs de croissance (tels que l'EGF, l'HGF) activant leur récepteur à activité tyrosine kinase et la cascade dépendante de la protéine kinase C activée par les esters de phorbol (TPA). Contrairement aux voies indépendantes de l'AMPc qui répriment l'expression des caractéristiques de différenciation, la cascade de l'AMPc stimule à la fois la prolifération, l'expression des gènes de l'état différencié et la fonction (iodation, formation d'H2O2, sécrétion hormonale). Dans la cellule thyroïdienne de chien, les agents activant les cascades dépendantes et indépendantes de l'AMPc ont des effets différents sur l'organisation du cytosquelette d'actine. La TSH/AMPc et le TPA induisent une destruction des microfilaments d'actine et un "ruffling" membranaire, tandis que les autres agents (insuline, EGF, HGF, sérum) ne modifient pas le réseau de fibres d'actine (fibres de stress) présent dans les cellules quiescentes. Parmi les protéines de la famille Rho, RhoA, Rac1 et Cdc42 sont les premières à avoir été identifiées et sont actuellement les mieux caractérisées. Nous montrons que la TSH, via l'AMPc, induit une diminution de la concentration de la forme active des protéines Rac1, Cdc42 et RhoA. En revanche, les autres agents mitogènes, tels que l'EGF et le TPA, qui activent des voies indépendantes de l'AMPc, n'affectent pas les taux de Rac1 et Cdc42 activés, mais augmentent le taux de RhoA-GTP. L'activation ou l'inactivation des protéines RhoA, Rac1 et Cdc42 est donc un nouvel élément distinguant les voies dépendantes et indépendantes de l'AMPc. Grâce à deux toxines bactériennes, la toxine B qui inactive les protéines Rho et la toxine CNF1 qui au contraire les active, nous montrons que, dans les thyrocytes, celles-ci jouent un rôle critique dans l'organisation du cytosquelette, dans la transition G1-S, dans l'expression des gènes de différenciation Tg, ThOXs, NIS et TPO, mais pas dans la génération d'H2O2. En effet, l'activité d'un ou plusieurs membres de cette famille est nécessaire à l'entrée des thyrocytes en phase S et à la phosphorylation de la protéine pRb, étape pré-requise à la transition G1-S. L'activation de ces protéines n'induit cependant pas, à elle seule, la prolifération. Nous mettons également en évidence l'existence d'un nouveau mécanisme par lequel ces protéines contrôleraient l'activité des complexes cycline D3-CDK4 indépendamment de leur assemblage. Par l'utilisation de la dihydrocytochalasine B, qui comme la toxine B via l'inactivation des Rhos, désorganise le cytosquelette, nous démontrons que l'intégrité de celui-ci n'est pas requise pour la progression des thyrocytes en phases G1 et S. L'inactivation des protéines Rho est par contre nécessaire à l'induction, par l'AMPc, de l'expression des gènes de différenciation incluant Tg, ThOXs, NIS et TPO, puisque ce processus est inhibé par la toxine CNF1. De plus, l'inactivation des Rhos par la toxine B, ainsi que le désassemblage des fibres de stress et du cytosquelette induit par la dihydrocytochalasine B, suffisent à imiter l'induction dépendante de l'AMPc de Tg et ThOXs, mais pas de NIS et TPO. La toxine B et la dihydrocytochalasine B imitent aussi l’effet de la voie TSH/AMPc sur l’accumulation de p27kip1. Enfin, nous montrons que l'augmentation de la production d'H2O2, nécessaire à la synthèse des hormones thyroïdiennes, ne requiert pas l'activité de la protéine Rac (ni des autres protéines de la famille Rho) alors que celle-ci joue un rôle déterminant dans la génération d'H2O2 dans le leucocyte.

Le cytosquelette des cellules est une structure composite et versatile qui leur confère des propriétés mécaniques extrêmement complexes. En particulier, le cortex d'actine qui s'assemble de manière dynamique sous la membrane cellulaire fournit la force nécessaire aux déformations et au mouvement de la cellule : la polymérisation de l'actine permet aux filaments en formation de pousser la membrane et les moteurs moléculaires génèrent des forces contractiles. L'utilisation de systèmes biomimétiques permet d'isoler des modules particuliers du cytosquelette pour les étudier indépendamment de façon simplifiée. Une expérience de reconstitution du cortex d'actine in vitro a été mise au point dans ce but. Les protéines et métabolites nécessaires pour la polymérisation de l'actine sont ainsi introduits dans un liposome et la réaction est localisée à la membrane, en y greffant l'activateur de la polymérisation de l'actine, sur le modèle du cortex cellulaire. Une fois la polymérisation déclenchée, nous sommes arrivés à reproduire un gel d'actine à la membrane, formant une coque. Les propriétés mécaniques de ce système simplifié sont alors étudiées par des expériences qui caractérisent leur dynamique d'étalement sur des surfaces. Les résultats sont comparés à ceux obtenus sur des cellules, et reproduisent une bonne partie des comportements cellulaires. On utilise également ces liposomes dans une situation physiologique: l'internalisation de la toxine de Shiga dans les cellules et nous montrons que la toxine est internalisée dans un système aussi épuré que des liposomes comportant un cortex reconstitué, prouvant le rôle important de l'actine dans ce processus.

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

La phagocytose est un mécanisme cellulaire essentiel de l’organisme. Elle joue un rôle à la fois dans le maintien de l’homéostasie tissulaire mais également dans le système immunitaire. Ce processus, réalisé par des cellules phagocytaires, telles que les cellules dendritiques, les polymorphonucléaires neutrophiles ou les macrophages, permet l’ingestion et l’élimination quotidienne de particules de grandes tailles (>0,5 µm) : bactéries, champignons ou débris cellulaires. Il est induit par de nombreux récepteurs phagocytaires tels que les récepteurs aux fragments cristallisables des immunoglobulines (FcR) et les récepteurs au complément (CR3). Ceux-ci induisent des cascades de signalisation différentes mais aboutissant, toutes deux, à un remodelage du cytosquelette d’actine et de la membrane plasmique. Il y alors formation d’une coupe phagocytaire entourant et enfermant la particule à internaliser dans un compartiment clos appelé phagosome. Alors que de nombreuses études ont permis de disséquer l’organisation des coupes phagocytaires induites par les FcR, le mécanisme de fermeture des phagosomes n’était pas élucidé. Par ailleurs, les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation des phagosomes suite à l’engagement des CR3 sont moins bien décrits. Au cours de ce travail, nous avons analysé le rôle de la dynamine 2, une GTPase impliquée dans les mécanismes de fission des vésicules d’endocytose, au cours de la formation et de la fermeture des phagosomes. Nous avons utilisé un système expérimental original utilisant la microscopie à ondes évanescentes pour montrer, que la dynamine 2 est recrutée avec l’actine dans les coupes phagocytaires en formation et qu’elle s’accumule au site de fermeture des phagosomes dans des macrophages vivants. L’inhibition de son activité GTPase induit une inhibition de l’efficacité de phagocytose et un défaut de la dynamique de l’actine lors de l’extension des coupes phagocytaires. De façon surprenante, la dépolymérisation de l’actine conduit à un défaut de recrutement de la dynamine 2 au site de la phagocytose mettant en évidence une régulation croisée entre la dynamine 2 et l’actine. Enfin cette étude a montré que la dynamine 2 joue un rôle critique dans la scission du phagosome. Dans un second temps, nous avons initié l’étude des mécanismes impliqués dans la régulation de l’activité du récepteur au complément CR3. L’activation de ce récepteur phagocytaire, qui fait partie de la famille des intégrines, requiert un ancrage à l’actine nécessaire à la signalisation vers la polymérisation d’actine et à la formation des coupes phagocytaires. L’ensemble de ces résultats contribue à une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires fins impliqués dans la phagocytose. / Phagocytosis is an important cellular mechanism. It plays a role in both the maintenance of tissue homeostasis and in the immune system. This process, performed by phagocytic cells, including dendritic cells, polymorphonuclear neutrophils or macrophages, enables daily ingestion and elimination of large particles (> 0.5 microns) e.g. bacteria, fungi or cellular debris. It is induced by many phagocytic receptors such as the receptors for crystallizable fragments of immunoglobulins (FcR) and complement receptor (CR3). These receptors induce different signaling cascades but ultimately lead to a remodelling of the actin cytoskeleton and the plasma membrane. Next there is the formation of a phagocytic cup which surrounds and encloses the ingested particle in a closed compartment called the phagosome. While many studies have dissected the phagocytic cup organization induced by the FcR, the mechanism of phagosome closure was not understood. Furthermore, the molecular mechanisms involved in phagosome formation following CR3 engagement are less well described. In this work, we analyzed the role of dynamin 2, a GTPase involved in fission mechanisms of endocytosis vesicles, and in the formation and closure of phagosomes. We used an original experimental system using the total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) to show that dynamin 2 is recruited with actin during phagocytic cup formation and accumulates at the site of phagosome closure in living macrophages. The inhibition of its GTPase activity induced an inhibition of phagocytosis and a defect in actin dynamics during pseudopod extension. Surprisingly, the depolymerization of actin lead to a defective recruitment of dynamin 2 at the phagocytic site showing there is a cross-regulation between dynamin 2 and actin. Finally, this study showed that dynamin 2 plays a critical role in the scission of the phagosome. Secondly, we initiated the study of the mechanisms involved in regulating the activity of the complement receptor CR3. Enabling this phagocytic receptor, part of the integrin family, requires anchoring actin which is necessary for signaling to the actin polymerization and the formation of phagocytic cups. All these results contribute to a better understanding of the molecular mechanisms involved in phagocytosis purposes.

La stabilité structurale et l'intégrité mécanique sont des éléments clés pour le bon fonctionnement et la préservation des systèmes vivants complexes. Étant en interaction constante avec leur environnement et en ce qui concerne les intrants externes, de tels systèmes doivent pouvoir faire face aux changements afin de prospérer. Ces entrées peuvent affecter le système dans son ensemble. Toute perturbation qui ne peut pas être supportée mécaniquement par le système vivant entraînera un dysfonctionnement crucial ou, en fin de compte, sa mort. Le mécanisme responsable du maintien des conditions physiologiques du système à l'état correct, malgré les variations environnementales, est identifié comme étant l'homéostasie. Plus précisément, le processus connu en mécanobiologie pour préserver l'équilibre mécanique approprié d'un système vivant est appelé homéostasie tensionnelle.Il est important de noter que tout ce qui précède est vrai à la fois à l'échelle du comportement collectif des organismes complexes et jusqu'au niveau de la cellule unique. En fait, c'est en fait cette dernière petite échelle qui nous intéresse. Les cellules font face à des perturbations mécaniques constantes de leur environnement et sont capables de répondre au maintien d'un état mécanique interne relativement stable. L'existence de cet équilibre tensionnel interne est liée à un processus très dynamique avec des boucles de rétroaction constantes entre les machines contractiles biochimiques internes et les forces actives externes générées.Notre intérêt est de comprendre ce mécanisme dynamique en perturbant dynamiquement le système homéostatique tensionnel en étudiant son retour à l'équilibre. / The structural stability and mechanical integrity are key elements for the proper functioning and preservation of complex living systems. Being in constant interaction with their surroundings and subjected to external inputs, such systems need to be able to face changes in order to thrive. These inputs can affect the system both in a localized way or disturb it as a whole. Any perturbations that cannot be mechanically withstand by the living system will result in a crucial malfunctioning or, ultimately, in its death. The mechanism responsible for maintaining the system’s physiological conditions at the proper state, despite environmental variations, is identified as homeostasis. More specifically, the process known in mechanobiology to preserve the appropriate mechanical equilibrium of a living system is called tensional homeostasis.It is important to note that all of the above stated holds true both at the scale of collective behaviour of complex organisms, and all the way down to the single cell level. In fact, it is actually this last small scale which draws our interest. Cells face constant mechanical perturbations from their surrounding and are able to respond accordingly maintaining a relatively stable internal mechanical state. The existence of this internal tensional equilibrium relies on a very dynamic process with constant feedback loops between the internal biochemical contractile machinery and the external active generated forces.Our interest is to understand better this active mechanism by dynamically perturbing the tensional homeostatic system while studying its return to equilibrium.