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

La malaria est une maladie endémique qui a affecté 212 millions de personnes en 2015, et fait plus de 429 000 morts. Parmi les espèces causant la malaria humaine, Plasmodium falciparum est celle qui est associée au plus haut taux de morbidité et de mortalité. L’invasion du globule rouge par le parasite de la malaria, P. falciparum, est une étape clé qui est médiée par la sécrétion coordonnée de différentes protéines contenues dans les organites du complexe apical : les rhoptries, les micronèmes et les granules denses. La biogenèse de ces organites et le transport des différentes protéines apicales sont des phénomènes encore mal compris et peu étudiés. Des travaux ont montré que des microdomaines présents dans la membrane de l’appareil de Golgi possèderaient une composition lipidique et protéique distincte et seraient impliqués dans la sélection différentielle des protéines destinées aux organites du complexe apical. Cependant, la façon dont ces microdomaines sont discriminés l’un de l’autre et les mécanismes régissant leur transport à partir de l’appareil de Golgi vers le complexe apical sont présentement inconnus. Nous avons donc entrepris d’identifier les différents acteurs moléculaires impliqués dans ce trafic différentiel des protéines apicales. Les travaux réalisés dans le cadre d’un premier projet ont permis de démontrer que la sortiline, un récepteur de cargo conservé chez les eucaryotes, joue un rôle essentiel dans le transport de protéines vers les différents organites apicaux. Nous avons également démontré que la sortiline interagit avec le complexe de protéines RAMA/RAP afin d’assurer leur transport spécifique vers les rhoptries. L’analyse du phénotype en situation de « knock-down » de la sortiline a révélé à la fois un rôle essentiel de la sortiline dans la biogenèse des organites du complexe apical, mais aussi dans le processus de cytokinèse lors de la division cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle central et essentiel de la protéine escorte sortiline dans le système de transport protéique chez le parasite de la malaria P. falciparum. Dans le cadre d’un second projet, nous avons caractérisé une potentielle protéine de rhoptries (PRP2) identifiée chez Plasmodium berghei et chez Toxoplasma gondii. Nous avons cependant démontré que chez P. falciparum, cette hypothétique protéine de rhoptries est plutôt localisée à l’appareil de Golgi et n’est pas impliquée dans les évènements d’invasion. De ce fait, nous avons renommé cette protéine « Golgi protein 1 » (GP1) . Nous avons également découvert que GP1 interagit avec une protéine transmembranaire non caractérisée (« Golgi protein 2 », GP2). Nos travaux ont donc mené à la découverte d’un nouveau complexe de protéines situé dans l’appareil de Golgi et important pour la survie du parasite.

La malaria est une maladie infectieuse causant plus de 500 000 morts chaque année. La maladie est causée par un protozoaire de la famille Plasmodium. L’apparition de souches résistantes aux traitements actuels et l’absence de vaccin efficace rendent la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques urgente. Le parasite possède un complexe apical, un groupement de vacuoles sécrétoires spécialisées contenant les protéines responsables de l’invasion du globule rouge. Nous nous intéressons aux mécanismes gouvernant le transport intracellulaire de ces protéines et à la biogenèse du complexe apical lors de la formation des nouveaux parasites. Plus particulièrement, nous nous intéressons au rôle des phosphoinositides dans le recrutement des protéines à la membrane de l’appareil de Golgi. Par analyse bio-informatique du génome de P. falciparum, nous avons identifié plusieurs protéines effectrices liant potentiellement les phosphoinositides. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent Mal13P1.188, une protéine possédant un domaine Pleckstrin homology. Nous proposons que Mal13P1.188 ait un rôle dans la génération du complexe apical en recrutant les protéines le constituant à la membrane du Golgi par la liaison avec les phosphoinositides. Afin de vérifier nos hypothèses, nous avons généré une lignée de parasite dont le gène de Mal13P1.188 est fusionné avec une GFP et une hémagglutinine. À l’aide de cette lignée de parasite, nous avons pu identifier Mal13P1.188 à proximité de l’appareil de Golgi lorsque les parasites étaient sous la forme schizont du cycle érythrocytaire. D’autres expériences ont permis de confirmer que le domaine Pleckstrin homology de Mal13P1.188 était capable de reconnaître les différentes formes de phosphoinositides. Finalement, d’autres travaux devront être faits sur Mal13P1.188 afin de déterminer si elle est essentielle à la survie du parasite. / Malaria is a deadly infectious disease taking more than 500,000 lives each year. The disease is caused by a protozoan of the Plasmodium family. Resistant strains beginning to spread and the inexistence of an efficient vaccine make the discovery of new targets urgent. The parasite secretes proteins to invade the red blood cell. Those proteins are regrouped in the apical complex, a group of organelles used for the invasion. Our research team focus on the transport mechanisms that drive the formation of the apical complex during the cellular division of new parasite. In other terms, we are interested on the role of phosphoinositide in the recruitment of protein inside the Golgi apparatus. After a bioinformatics analyse the P. falciparum genome, we identified many effectors protein that can bind phosphoinositides. Among them, we focused our work on Mal13P1.188, a protein with a Pleckstrin homology domain. We propose that Mal13P1.188 has a role in the recruitment of the apical proteins to the Golgi membrane using phosphoinositide as a marker on the membrane. To verify that hypothesis, we generated a strain of parasite with endogenous Mal13P1.188 tagged to a GFP and a hemagglutinin. With those parasites, we identified Mal13P1.188 near the Golgi apparatus during the Schizont stage of the blood cycle. Other experiment confirmed that the Pleckstrin homology domain of Mal13P1.188 is able to bind different form of phosphoinositides. Finally, more work has to be done to confirm if Mal13P1.188 is essential to the parasite survival.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les mécanismes de mort cellulaire programmée (MCP), dont l'apoptose est le mieux caractérisé, assurent l'élimination des cellules qui sont potentiellement dangereuses pour l'organisme. Or, l'acquisition de lésions génétiques touchant des régulateurs clefs de l'apoptose contribue à la transformation cellulaire et à la résistance face à plusieurs thérapies anticancéreuses. Les travaux présentés dans cette thèse visent une meilleure compréhension des mécanismes alternatifs de MCP qui opèrent sélectivement dans les cellules cancéreuses. La protéine E4orf4 de 1'adenovirus humain active un tel mécanisme de MCP qui est indépendant des caspases et insensible à la surexpression de BCL-2. Au début de mon doctorat, les données indiquaient que l'activité toxique de E4orf4 reposait sur une modulation de l'activité des kinases de la famille Src (Src family kinases, SFKs) menant à des changements de la dynamique de l'actine régulés par les Rho GTPases. Notamment, il était établi que Cdc42 était activé par E4orf4 et stimulait la polymérisation de l'actine au niveau des endosomes de recyclage (ERs). En se basant sur ces données, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact des changements de l'actine régulés par Cdc42 sur le trafic des ERs et les conséquences sur la dynamique des organelles impliquées dans la signalisation de la MCP. Mes résultats ont mis en évidence une voie de signalisation dépendante des SFKs Src et Yes, de Cdc42 et de Rabl la qui stimule le transport rétrograde des ERs au Golgi et inhibe le recyclage de cargos à la membrane plasmique. Une telle mobilisation des ERs au Golgi est associée à des changements de la dynamique du Golgi, lesquels sont requis pour la progression du signal de mort cellulaire et mènent à une fragmentation du Golgi. Ce processus a également été impliqué dans la mort cellulaire induite par la staurosporine en présence d'inhibiteurs de caspases, suggérant un rôle conservé dans les mécanismes alternatifs de mort cellulaire. Mes travaux ont aussi suggéré que les changements observés dans le transport endosomal et la dynamique du Golgi influence la dynamique des mitochondries en inhibant la fusion mitochondriale, laquelle est normalement requise pour le métabolisme énergétique et la survie cellulaire. En somme, mes travaux ont identifié une nouvelle voie de signalisation qui est activée en réponse au stress et qui est impliquée dans la communication inter-organelle via la mobilisation des ERs vers diverses organelles.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La fragmentation de l'appareil de Golgi représente un des changements les plus précoces et les plus répandus dans les maladies neurodégénératives. Afin de comprendre les mécanismes moléculaires de ces changements, j'ai étudié deux modèles expérimentaux de maladie du neurone moteur. 1. Les souris pmn (progressive motor neuronopathy) : Celles-ci sont atteintes d'une forme très grave de dégénérescence des neurones moteurs et des défauts moléculaires sont liés à une mutation faux-sens d'une protéine localisée au niveau du Golgi, la chaperonne des tubulines TBCE, identifiée par (Martin, Jaubert et al. 2002; Schaefer, Schmalbruch et al. 2007). Au cours de ma thèse, nous avons identifié des anomalies importantes du Golgi dans les neurones moteurs lombaires de souris pmn et déterminé leur relevance fonctionnelle ainsi que les mécanismes moléculaires. D'après les immunomarquages et la modélisation 3D des membranes, la fragmentation et l'atrophie du Golgi dans les neurones lombaires moteurs pmn ressemblent à celles rapportées dans la SLA et se produit dans des cinétiques similaires. Les analyses en microcopie électronique montrent que l'empilement des citernes golgiennes est progressivement remplacé par des petites vésicules. Les analyses biochimiques révèlent : 1/ une redistribution cytosolique des protéines d'arrimage tel que GM130, 2/ une diminution des protéines β-COP et 3/ une augmentation considérable des protéines golgiennes d'amarrage v-SNARE GS15 et GS28 contrôlant la fusion des vésicules. / Fragmentation of the Golgi apparatus represents one of the earliest and most constant pathological changes in neurodegenerative diseases. To understand the molecular mechanisms of these changes I investigated two experimental models of motor neuron diseases. 1. pmn mice with progressive motor neuronopathy. The pmn mice were chosen since they suffer from a very aggressive form of motor neuron degeneration and since their molecular defects represents a missense mutation in a Golgi-localized tubulin chaperone TBCE, as shown by previous (Martin et al 2002, Schäfer et al 2007). In the last years, we identified severe Golgi abnormalities in motor neurons of pmn mice and dissected out their functional relevance and molecular mechanisms. According to immunolabelings and 3D membrane modelings, Golgi fragmentation and atrophy in lumbar pmn motor neurons resembled those reported in human ALS and proceeded with similar kinetics. Electron microscopy illustrated that Golgi cisternae were progressively transformed into small vesicles. Biochemical analyses revealed : 1/ a cytosolic redistribution of tethering factor such as GM130, 2/ a decrease in β-COP protein level and 3/ a massive increase in the Golgi v-SNARE proteins GS15 and GS28 controlling vesicle fusion. These pathological changes were due to loss of TBCE expression since they could be rescued by transgenic expression of wildtype TBCE but not mimicked by sciatic nerve axotomy. They involved defective dynamics of Golgi-derived microtubules rather than accumulation of misfolded tubulins as shown by the differential effects of TBCE-depletion, Nocodazole and a folding-incompetent tubulin mutant.

Optineurine ("Optic neuropathy-inducing", Optn) est une protéine exprimée de façon ubiquitaire chez les vertébrés et impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la régulation du trafic vésiculaire associée à l'appareil de Golgi, la réponse immunitaire innée ou l'autophagie des bactéries. Mon travail de thèse a permis de caractériser une nouvelle fonction d'Optn dans la régulation du cycle cellulaire. Plus précisément, j'ai pu montrer qu'Optn était un régulateur négatif de Polo-like kinase 1 (Plk1), une kinase qui joue un rôle clef dans chacune des étapes de la mitose : de la prophase à la cytokinèse. Les résultats présentés dans cette thèse montrent qu'Optn est phosphorylée par Plk1 sur la sérine 177 en début de mitose provoquant le détachement d'Optn de l'appareil de Golgi et son accumulation dans le noyau. Nous avons montré que la phosphorylation et la translocation nucléaire d'Optn étaient requises pour permettre la régulation négative de Plk1 par le complexe phosphatase MYPT1-PP1 au cours de la mitose. Les conséquences fonctionnelles de la déplétion d'Optn et donc de l'hyperactivité de Plk1 sont des défauts de cytokinèse et de ségrégation des chromosomes, aboutissant à l'apparition de cellules plurinucléées. En conclusion, nos résultats mettent en évidence un mécanisme de rétrocontrôle négatif par lequel Plk1 module la localisation d'Optn pendant la mitose pour réguler sa propre activité

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

À mon arrivée dans le laboratoire, les travaux réalisés indiquaient que le trafic des endosomes de recyclage (ERs) vers le Golgi était régulé par les kinases de la famille Src (KFS) et contribuait au remodelage de l’actine induit par différents stress (E4orf4, staurosporine). Or les KFS coordonnent la dynamique de l’actine et le trafic membranaire, mais les mécanismes impliqués demeurent peu caractérisés. Des évidences récentes indiquaient aussi que le trafic endosomal contribuait à la transformation cellulaire induite par des formes oncogéniques des KFS, laquelle est associée à l’assemblage de structures invasives riches en actine (podosomes). En se basant sur ces données, notre hypothèse de recherche était que le transport des ERs vers le Golgi sous le contrôle du rétromère, un régulateur majeur des voies de transport rétrograde, pourrait contribuer à la formation des podosomes lors de la transformation cellulaire induite par v-Src. Les objectifs du travail présenté dans ce mémoire étaient de caractériser les changements précoces dans le trafic endosomal dépendant du rétromère suivant l’activation de v-Src et d’adresser leur contribution dans la formation des podosomes. Mes travaux ont tiré profit de l’utilisation d’un modèle permettant l’activation rapide d’un mutant thermosensible de v-Src dans des cellules épithéliales MDCK. J’ai ainsi pu observer dans ce modèle une polarisation précoce des ERs autour des podosomes en formation. Une augmentation dans le nombre et la morphologie des endosomes rétromère-dépendants (Vps26) a été mesurée et coïncidait avec un transport accru de cargos dépendants du rétromère vers le Golgi. Notamment, l’inhibition de Rab7, un régulateur du rétromère, interfère avec la formation des endosomes Vps26-positifs et des podosomes. En conclusion, mes résultats suggèrent que v-Src active les voies de transport dépendantes du rétromère pour mobiliser des protéines de signalisation et/ou des lipides bioactifs nécessaires au remodelage polarisé de l’actine et à la formation des structures invasives.