La GTPase Rac1 est une protéine de signalisation intracellulaire qui joue notamment un rôle clé dans la prolifération cellulaire. Notre laboratoire a montré que la toxine CNF1, produite par les Escherichia coli pathogènes, catalyse l’activation de Rac1. Nous avons également identifié le rôle de la E3 ubiquitine-ligase HACE1, un suppresseur de tumeur avéré, dans la régulation par ubiquitylation de Rac1 actif. S’il est prouvé que la forme activée de Rac1 est une cible d’HACE1, le mode d’interaction de ces deux protéines reste à définir ainsi que le rôle de ces interactions dans l’infection et le cancer. L’objectif de mon travail a été de caractériser les interactions moléculaires entre HACE1 et Rac1. Nous avons testé l’hypothèse que des mutations ponctuelles d’HACE1 identifiées dans les cancers pourraient interférer avec son interaction avec Rac1 et sa capacité de contrôle de la croissance cellulaire. J’ai ainsi pu mettre en évidence que 13 mutations somatiques d’HACE1 issues de tumeurs séquencées altèrent sa fonction de contrôle de la croissance cellulaire. De plus, l’étude de ces mutations nous a permis d’identifier un groupe d’acides aminés, situés sur les ankyrin-repeats 5 à 7 d’HACE1, qui contrôle l’interaction d’HACE1 avec Rac1 et de ce fait son ubiquitylation. Enfin dans cette étude nous précisons le rôle du domaine intermédiaire d’HACE1 (MID) dans la spécificité d’interaction de la ligase avec la forme active de Rac1. In fine, la caractérisation de mutants d’interaction entre HACE1 et Rac1 ainsi que l’effet de la toxine CNF1 sur cet axe de signalisation doit nous renseigner sur l’importance de cette voie de régulation dans le cancer et l’infection. / The small GTPase Rac1 plays a key role in various intracellular signaling pathways including cell proliferation. Our laboratory has shown that the CNF1 toxin, produced by pathogenic Escherichia coli, catalyzes the activation of Rac1. We also identified the role of the E3 ubiquitin-ligase HACE1, a tumor suppressor, in the regulation by ubiquitylation of active Rac1. If the activated form of Rac1 is proved to be a target of HACE1, the mode of interaction between these two proteins remains to be define as well as the role of these interactions in infection and cancer. The aim of my work was to characterize the molecular interactions between HACE1 and Rac1. We tested the hypothesis that HACE1 point mutations identified in cancers could interfere with its interaction with Rac1 and its ability to control cell growth. We showed that 13 cancer-associated somatic mutations of HACE1, led to a defective control of cell proliferation. Moreover, the study of these mutations allowed us to identify a group of amino acids, located on the ankyrin-repeats 5 to 7 of HACE1, which controls the interaction of HACE1 with Rac1 and thus its ubiquitylation. We also identified a role for the intermediate domain of HACE1 (MID) in conferring the specificity of association of HACE1 to the active form of Rac1. Ultimately, the characterization of interaction mutants between HACE1 and Rac1 as well as the effect of the CNF1 toxin on this signaling axis will give us more insight on this regulatory pathway in cancer and infection.

Des produits efficaces pour stimuler le système immunitaire auraient de très nombreuses applications dans le domaine de la santé publique : lutte contre la résistance aux antibiotiques, épidémies, protection des personnels de secours et des populations en cas de crise sanitaire ou d’attentat biologique. Aujourd’hui, les rares produits immunostimulants efficaces sont coûteux, dangereux, et donc réservés au traitement de pathologies graves ciblées comme les cancers, aplasies ou infections virales chroniques. La petite protéine G Rac1 fut identifiée comme une potentielle cible thérapeutique. Activée par de nombreux pathogènes, elle contrôle l’inflammation et la mise en place des défenses de l’hôte. CNF1 est une toxine bactérienne activant fortement Rac1, ce qui conduit à sa dégradation protéasomale. Le maintien d’un pool de Rac1 activé permettrait d’augmenter les défenses immunitaires. En utilisant CNF1 comme un outil permettant de diminuer celui-ci, un test cellulaire fut mis au point pour cribler 17 680 composés. A l’aide de différents paramètres de tri, un ensemble de molécules fut identifié comme capable de prévenir la dégradation de Rac1 médiée par CNF1.De manière inattendue, la plupart des composés semblent posséder un effet anti-inflammatoire, en baissant la sécrétion de cytokines de cellules stimulées. Le potentiel thérapeutique et en recherche de tels composés doit être évalué. En parallèle, deux autres composés montrent une protection anti-toxines large spectre (CNF1, toxine diphtérique, toxine de Shiga, toxine B de C. difficile). De même, leur mécanisme d’action, encore inconnu, pourrait permettre le traitement d’infections variées. / Immune system boosters could have many applications in public health: fighting antibiotics resistance, epidemics, protection of health care staff and populations during health crisis or biological warfare. Currently, the rare efficient immune stimulants are costly and dangerous; hence, they are earmarked to severe and targeted pathologies such as cancers, aplasia, or chronic viral infections. The small G protein Rac1 was identified as a potential therapeutic target. Once activated by various pathogens, it controls inflammation and host defenses establishment. CNF1 is a bacterial toxin that strongly activating Rac1, leading to its proteasomal degradation. Maintaining an activated Rac1 pool could enhance immune defenses. By using CNF1 as a tool to reduce it, a cellular bioassay was developed and optimized to screen 17 680 compounds. Through various filters, a group of molecules was identified to prevent CNF1-mediated Rac1 depletion. Unexpectedly, most of them seems to possess anti-inflammatory properties, down-regulating cytokines production from stimulated cells. The therapeutic potential of such compounds must be now evaluated. In parallel, two other molecules show a broad-spectrum anti-toxins protection (CNF1, diphtheria toxin, Shiga toxin, toxin B from C. difficile). Their unknown mode of action may allow the treatment of various infections.