Plant cells contain multiple mobile Golgi bodies. Golgi bodies receive cargo from specialized subdomains of the endoplasmic reticulum (ER), so-called ER export sites (ERES). How ERES operate in plant cells is largely uncharacterized. <p>In mammals and yeast, the commonly recognized ER-to-Golgi transport model asserts that protein transport between these two organelles is mediated by vesicles. Formation of these vesicles is interceded by COPII and COPI coat complexes. COPII coat proteins assemble at ERES. The minimal components of the COPII coat comprise the following proteins: the GTPase Sar1, and two large heterodimeric complexes, Sec23/24 and Sec13/31. COPII vesicles are responsible for forward (anterograde) protein traffic from the ER to the Golgi apparatus. Proteins are constantly recycled from the Golgi back to the ER through a conserved backward (retrograde) pathway mediated by COPI coat proteins. Fusion of the anterograde and retrograde carriers with target membranes is mediated by a subset of specialized proteins called soluble N-ethyl maleimide sensitive factor attachment protein receptors (SNAREs). Studies conducted in mammalian and yeast systems also concluded that ER-to-Golgi SNARE proteins and membrane cargo proteins are concentrated into COPII vesicles through a direct interaction and binding with the pre-budding complex Sec23/24-Sar1. <p>The COPII component distribution and their biological function in plant cells are largely uncharacterized. Therefore, through the study of the COPII protein Sec24, this work aimed (i) to investigate where and how protein transport between ER and Golgi occurs in plant cells, and (ii) to establish the importance of the anterograde and retrograde transport equilibrium in regulating the ER protein export. To do so, live cell imaging of a fluorescent protein fusion of Sec24 was used and the dynamics of this protein chimaera were followed in tobacco leaf epidermal cells. The imaging investigations were complemented by mutagenesis studies and biochemical analyses. <p>The obtained results indicate that in plant cells Sec24 is localized at specific regions of the ER that represent mobile units continuously joined to the Golgi apparatus. From this study the importance of the balance between the anterograde and retrograde transport in protein ER export has also emerged. I have shown in fact, that blockage of the retrograde pathway using Arf1 mutants and COPI chemical inhibitor determines the collapse of the anterograde protein trafficking from the ER to the Golgi. Moreover, this study has shown that Sec24 is capable of an interaction with the SNAREs Sed5 and Sec22. This is a forward step in our understanding of the role of Sec24 in the mechanism of cargo selection and recruitment.

Plant cells contain multiple mobile Golgi bodies. Golgi bodies receive cargo from specialized subdomains of the endoplasmic reticulum (ER), so-called ER export sites (ERES). How ERES operate in plant cells is largely uncharacterized. <p>In mammals and yeast, the commonly recognized ER-to-Golgi transport model asserts that protein transport between these two organelles is mediated by vesicles. Formation of these vesicles is interceded by COPII and COPI coat complexes. COPII coat proteins assemble at ERES. The minimal components of the COPII coat comprise the following proteins: the GTPase Sar1, and two large heterodimeric complexes, Sec23/24 and Sec13/31. COPII vesicles are responsible for forward (anterograde) protein traffic from the ER to the Golgi apparatus. Proteins are constantly recycled from the Golgi back to the ER through a conserved backward (retrograde) pathway mediated by COPI coat proteins. Fusion of the anterograde and retrograde carriers with target membranes is mediated by a subset of specialized proteins called soluble N-ethyl maleimide sensitive factor attachment protein receptors (SNAREs). Studies conducted in mammalian and yeast systems also concluded that ER-to-Golgi SNARE proteins and membrane cargo proteins are concentrated into COPII vesicles through a direct interaction and binding with the pre-budding complex Sec23/24-Sar1. <p>The COPII component distribution and their biological function in plant cells are largely uncharacterized. Therefore, through the study of the COPII protein Sec24, this work aimed (i) to investigate where and how protein transport between ER and Golgi occurs in plant cells, and (ii) to establish the importance of the anterograde and retrograde transport equilibrium in regulating the ER protein export. To do so, live cell imaging of a fluorescent protein fusion of Sec24 was used and the dynamics of this protein chimaera were followed in tobacco leaf epidermal cells. The imaging investigations were complemented by mutagenesis studies and biochemical analyses. <p>The obtained results indicate that in plant cells Sec24 is localized at specific regions of the ER that represent mobile units continuously joined to the Golgi apparatus. From this study the importance of the balance between the anterograde and retrograde transport in protein ER export has also emerged. I have shown in fact, that blockage of the retrograde pathway using Arf1 mutants and COPI chemical inhibitor determines the collapse of the anterograde protein trafficking from the ER to the Golgi. Moreover, this study has shown that Sec24 is capable of an interaction with the SNAREs Sed5 and Sec22. This is a forward step in our understanding of the role of Sec24 in the mechanism of cargo selection and recruitment.

<p>Human testis expressed 261 (TEX261) protein is predicted to be involved in essential cellular pathways such as proliferation, apoptosis, and COPII-mediated intracellular trafficking, yet has been scarcely researched in human cell models. Since TEX261 dysregulation has been observed in HCC, investigating the role of TEX261 in hepatocytes is essential. In this study we utilized molecular cloning and fluorescent protein tags to visualize the expression of TEX261 and associated proteins SAR1A and ALPL by confocal microscopy. We observed that TEX261 is closely associated with both proteins, indicating that TEX261 may be involved in ALPL packing into the COPII complex responsible for intracellular trafficking from the ER to the Golgi apparatus. We assessed TEX261 role in apoptosis by measuring caspase 3 activity and observed that TEX261 overexpression induced apoptosis at a similar rate as the positive control but did not significantly increase apoptosis compared to the negative control. We also recorded cell proliferation by overexpressing and silencing TEX261 in two cell lines. Our data showed that altered TEX261 expression did not impact Thle-2 proliferation, but TEX261 overexpression did significantly decrease proliferation in the HCC cell line Hep3B2.1-7. Overall, our results suggest that TEX261 does play a role in intracellular trafficking, apoptosis and proliferation, yet future studies need to be done to further define its role in cell regulatory mechanisms. Better control of the experimental error seems to be required to define the function of TEX261 in apoptosis.</p>

Positive-strand RNAviruses invariably assemble their viral replication complexes (VRCs) by remodeling host intracellular membranes. How viral replication proteins are targeted to specific organelle membranes to initiate VRC assembly remains elusive. Brome mosaic virus (BMV), whose replication can be recapitulated in Saccharomyces cerevisiae, assembles its VRCs by invaginating the outer perinuclear endoplasmic reticulum (ER) membrane. Remarkably, BMV replication protein 1a (BMV 1a) is the only viral protein required for such membrane remodeling. We show that ER-vesicle protein of 14 kD (Erv14), a cargo receptor of coat protein complex II (COPII), interacts with BMV 1a. Moreover, the perinuclear ER localization of BMV 1a is disrupted in cells lacking ERV14 or expressing dysfunctional COPII coat components (Sec13, Sec24 or Sec31). The requirement of Erv14 for the localization of BMV 1a is bypassed by addition of a Sec24-recognizable sorting signal to BMV 1a or by overexpressing Sec24, suggesting a coordinated effort by both Erv14 and Sec24 for the proper localization of BMV 1a. The COPII pathway is well known for being involved in protein secretion; our data suggest that a subset of COPII coat proteins have an unrecognized role in targeting proteins to the perinuclear ER membrane.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22832号 / 医博第4671号 / 新制||医||1047(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 林 康紀, 教授 安達 泰治, 教授 岩田 想 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

La présentation antigénique par les molécules de classe II du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH II) est un mécanisme essentiel au contrôle des pathogènes par le système immunitaire. Le CMH II humain existe en trois isotypes, HLA-DP, DQ et DR, tous des hétérodimères composés d’une chaîne α et d’une chaîne β. Le CMH II est entre autres exprimé à la surface des cellules présentatrices d’antigènes (APCs) et des cellules épithéliales activées et a pour fonction de présenter des peptides d’origine exogène aux lymphocytes T CD4+. L’oligomérisation et le trafic intracellulaire du CMH II sont largement facilités par une chaperone, la chaîne invariante (Ii). Il s’agit d’une protéine non-polymorphique de type II. Après sa biosynthèse dans le réticulum endoplasmique (ER), Ii hétéro- ou homotrimérise, puis interagit via sa région CLIP avec le CMH II pour former un complexe αβIi. Le complexe sort du ER pour entamer son chemin vers différents compartiments et la surface cellulaire. Chez l’homme, quatre isoformes d’Ii sont répertoriées : p33, p35, p41 et p43. Les deux isoformes exprimées de manière prédominante, Iip33 et p35, diffèrent par une extension N-terminale de 16 acides aminés portée par Iip35. Cette extension présente un motif de rétention au réticulum endoplasmique (ERM) composé des résidus RXR. Ce motif doit être masqué par la chaîne β du CMH II pour permettre au complexe de quitter le ER. Notre groupe s’est intéressé au mécanisme du masquage et au mode de sortie du ER des complexes αβIi. Nous montrons ici que l’interaction directe, ou en cis, entre la chaîne β du CMH II et Iip35 dans une structure αβIi est essentielle pour sa sortie du ER, promouvant la formation de structures de haut niveau de complexité. Par ailleurs, nous démontrons que NleA, un facteur de virulence bactérien, permet d’altérer le trafic de complexes αβIi comportant Iip35. Ce phénotype est médié par l’interaction entre p35 et les sous-unités de COPII. Bref, Iip35 joue un rôle central dans la formation des complexes αβIi et leur transport hors du ER. Ceci fait d’Iip35 un régulateur clef de la présentation antigénique par le CMH II. / Antigen presentation by the major histocompatibility complex class II molecules (MHCII) is a pathway essential to the immune system control over pathogens. There are three MHCII isotypes in humans, which are HLA-DP, DQ and DR. These are all heterodimers made of an α and a β chain. MHCII is expressed at the cell surface of antigen presenting cells (APCs) and activated epithelial cells and its role is mainly to present peptides of exogenous origin to CD4+ T lymphocytes. MHCII oligomerization and trafficking are largely favored by its chaperone, the invariant chain (Ii). Ii is a non-polymorphic type II protein. It hetero- or homotrimerizes right after biosynthesis in the endoplasmic reticulum (ER), and then its CLIP region interacts with MCHII to form a αβIi structure. This multimer exits the ER and starts its journey towards numerous compartments and the cell surface. Humans have four Ii isoforms: p33, p35, p41 et p43. The two most predominantly expressed are Ii p33 and p35. They differ in a N-terminal extension long of 16 amino acids that is displayed by Iip35. This extension bears an ER retention motif (ERM) made of the RXR residues. The RXR motif must be masked by the MHCII β chain in order for the αβIi multimer to exit the ER. Our group investigated the masking and ER exit mechanisms of the αβIi structures. Here we show that a direct (cis) interaction between the MHCII β chain and Iip35 is essential for ER exit, thus promoting the formation of high order αβIi structures. Moreover, we demonstrate that the bacterial virulence factor NleA impairs the trafficking of Iip35-containing αβIi multimers. This observation is mediated by an interaction between COPII subunits and Iip35. Altogether, Iip35 plays a crucial role in the αβIi multimer formation and ER exit. Iip35 is therefore a key regulator for MHCII antigen presentation.

La chaîne invariante (Ii) agit à titre de chaperon dans l’assemblage et le trafic des molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII). Chez l’humain, les deux isoformes prédominantes, p33 et p35, diffèrent par la présence d’un motif di-arginine (RXR). Ce dernier permet la rétention de p35 au réticulum endoplasmique (RE) jusqu’à son masquage par une molécule de CMHII. La chaîne invariante forme des trimères auxquels s’associent successivement jusqu’à trois dimères αß de CMHII résultant en la formation de pentamères, heptamères et nonamères. Toutefois, la stœchiométrie exacte des complexes Ii-CMHII qui quittent le RE et le mécanisme permettant le masquage du motif RXR demeurent un sujet de débats. Dans un premier temps, nous avons examiné par une approche fonctionnelle la stœchiométrie des complexes formés autour de p33 et de p35. Nous avons observé que p35 engendre la formation de complexes nonamériques (αßIi)3 et permet l’incorporation de différents isotypes de CMHII autour d’un même trimère de p35 alors que p33 facilite la formation de pentamères (αß)1Ii3. Lors de l’étude du masquage du motif RxR par les CMHII, nous avons montré que son inactivation requiert une interaction directe (en cis) entre les sous-unités p35 et CMHII, résultant en une rétention des trimères de p35 insaturés au RE. Aussi, nous avons observé que contrairement aux complexes p33-CMHII, les complexes p35-CMHII sont retenus au RE lorsque coexprimés avec la protéine NleA de la bactérie Escherichia coli entérohémorragique. Comme l’expression de NleA interfère avec la formation des vésicules COPII responsable de l’export du RE, nous supposons que la sortie du RE des complexes p35-CMHII dépend des vésicules COPII alors que la sortie des complexes formés autour de l’isoforme p33 est indépendante de la formation de ces vésicules. La trimérisation d’Ii représente la toute première étape dans la formation des complexes Ii-CMHII. Deux domaines d’Ii permettent la formation de trimères; le domaine de trimérisation (TRIM) et le domaine transmembranaire (TM). Nous nous sommes intéressés à la nécessité de ces domaines dans la trimérisation de la chaîne et la formation subséquente de complexes avec les CMHII. Nous avons démontré que le domaine TRIM n’est pas essentiel à la trimérisation de la chaîne, à la formation de pentamères et de nonamères ainsi qu’au trafic adéquat de ces complexes Ii-CMHII dans la cellule. En absence des domaines TM d’Ii et des CMHII, nous avons observé la formation de complexes pseudo-nonamériques. Ceci suppose que la présence de ce domaine n’est pas un prérequis à la formation de nonamères. En conséquence, la présence d’un seul domaine de trimérisation de Ii est requise pour la formation de trimères et de complexes nonamériques. L’ensemble de nos résultats démontrent que la fonction de p35 n’est pas redondante à celle de p33. p35 influence de manière distincte le trafic des CMHII puisqu’il affecte la stœchiométrie des sous-unités incorporées aux complexes Ii- CMHII. / The invariant chain (Ii) assists in the folding and trafficking of MHC class II molecules (MHCII). Four different isoforms of the human Ii have been described (p33, p35, p41 and p43). The main isoforms, p33 and p35, differ by the presence of a di-arginine (RXR) endoplasmic reticulum (ER) retention motif in p35. This motif is inactivated upon binding of MHCII. In the ER, p33 and p35 assemble into trimers before associating with MHCII. The sequential binding of up to three MHCII αß dimers to Ii trimers results in the formation of pentamers, heptamers and nonamers. However, the exact stoichiometry of the Ii-MHCII complex and the mechanism allowing shielding of the ER retention motif remain a matter of debate. To shed light on these issues, we chose a functional approach to examine the stoichiometry of complexes formed around the p33 and p35 isoforms. We showed that p35 promotes formation of nonameric complexes (αßIi)3 while formation of pentameric complexes (αß)1Ii3 was observed for p33. We then showed that formation of nonameric complexes can result in the inclusion of distinct MHCII isotypes around a single trimeric p35 scaffold. When answering the question wetter masking of the p35 RXR motif by MHCII results in the formation of nonamers, we showed that the actual inactivation of motif requires a direct cis-interaction between p35 and the MHCII, precluding ER egress of unsaturated p35 trimers. Interestingly, as opposed to p33-MHCII complexes, p35-MHCII complexes remained in the ER when co-expressed with the NleA protein of enterohaemorrhagic Escherichia coli. Expression of this bacterial protein is thought to interfere with the formation of COPII vesicles, leading to the conjecture that p35-MHCII and p33-MHCII complexes exit the ER in a COPII-dependant and COPII-independent manner, respectively. The trimerization of Ii represents the very first step in the formation of Ii-MHCII complex. Two domains of Ii, the trimerization domain (TRIM) and the transmembrane (TM) domain have been shown to trigger the trimerization of the chain. We focused our attention on the requirement of the two trimerization domains in Ii self-association and in the formation of pentameric and nonameric complexes. We showed that the TRIM domain of Ii is not essential for the chain’s trimerization, formation of pentamers and nonamers and for proper traffic with MHCII molecules. In absence of the Ii and MHCII TM domains, we observed the formation of a nonamer-like structure hereby suggesting that the presence of this domain is not a prerequisite for nomamer complex formation. Consequently, our results showed that either Ii trimerization domains are sufficient for Ii trimer formation and nonameric complex trafficking. Taken together, our results demonstrate that the function of the p35 isoform is not redundant, influencing distinctively MHCII trafficking as the subunit stoichiometry of oligomeric Ii/MHCII complexes is affected by p35.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) forment la plus grande et la plus diversifiée des familles de protéines localisées à la surface cellulaire et responsables de la transmission de signaux à l’intérieur des cellules. D’intenses recherches effectuées au cours des trente dernières années ont mené à l’identification de dizaines de protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant la signalisation, la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation de ces importantes cibles pharmacologiques. Contrairement aux processus régulant l’activité des récepteurs à partir de la membrane plasmique, les mécanismes moléculaires contrôlant la biosynthèse des RCPGs dans le reticulum endoplasmique (RE) et leur transport jusqu’à la surface cellulaire sont très peu caractérisés. Une meilleure compréhension de ces processus nécessite l’identification de la machinerie protéique responsable de la maturation des RCPGs. Un crible protéomique basé sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), qui permet la mesure d’interactions protéiques dans les cellules vivantes, a mené à l’identification de plusieurs nouvelles protéines localisées dans la voie de sécrétion et interagissant potentiellement avec les RCPGs. Ces protéines étant localisées dans les compartiments cellulaires (reticulum endoplasmique et appareil de Golgi) responsables de la synthèse, du repliement adéquat et du transport à la membrane plasmique des récepteurs, il est très probable qu’elles soient impliquées dans le contrôle de l’expression des RCPGs à la surface cellulaire. La caractérisation de l’homologue humain de cornichon 4 (CNIH4), un nouvel intéracteur des RCPGs identifié dans le crible, a démontré que cette protéine localisée dans les compartiments précoces de la voie de sécrétion (RE et ERGIC) interagit de façon sélective avec les RCPGs. De plus, la suppression de l’expression endogène de cette protéine préalablement non-caractérisée, diminue le transport à la membrane plasmique d’un récepteur, indiquant que CNIH4 influence positivement l’export des RCPGs du RE. Ceci est supporté par l’observation que la surexpression de CNIH4 à de faibles niveaux favorise la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE. Nous avons également pu démontrer que CNIH4 est associée à la protéine Sec23, une des composantes de l’enveloppe des vésicules COPII qui sont responsables du transport des protéines du RE vers le Golgi, suggérant que CNIH4 pourrait favoriser le recrutement des récepteurs dans ces vésicules. La surexpression de CNIH4 à de très hauts niveaux provoque également la rétention intracellulaire des récepteurs. Cet effet dominant négatif pourrait être causé par la titration d’un autre facteur d’export des RCPGs. Une deuxième étude a permis de révéler que la protéine transmembranaire 9 (TMEM9), un nouvel intéracteur des RCPGs également identifié dans le crible, interagit sélectivement avec les récepteurs et avec CNIH4. La surexpression de cette protéine aux fonctions précédemment inconnues, rétablit le transport normal d’un récepteur en présence de CNIH4 surexprimée. De plus, la co-expression de TMEM9 potentialise la capacité de CNIH4 à augmenter la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE, suggérant que ces deux protéines forment un complexe régulant la maturation des RCPGs. Au cours de cette thèse, de nouvelles protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant leur expression à la membrane plasmique ont donc été identifiées, permettant une meilleure compréhension des mécanismes régulant le transport des récepteurs du RE à la surface cellulaire. / G protein coupled receptors (GPCR) form the largest and most diversified family of cell-surface receptors responsible for signal transduction inside the cells. Extensive research over the last thirty years have led to the identification of multiple proteins interacting with GPCRs and controlling the signalisation, desensitization, internalization and degradation of these important pharmaceutical targets. In contrast to the processes regulating GPCR activity at the plasma membrane, the molecular mechanisms controlling GPCR biogenesis in the endoplasmic reticulum (ER) and their transport to the cell-surface are poorly characterized. The identification of the proteins regulating GPCR maturation is essential in order to understand how receptors are expressed at the plasma membrane. A proteomic screen based on bioluminescence resonance energy transfer (BRET), which allows for the detection of protein-protein interaction in living cells, led to the identification of several potential novel GPCR interactors localized in the secretory pathway. Since the cellular compartments where these proteins are localized are responsible for the synthesis, proper folding and transport to the plasma membrane of the receptors, it is highly probable that they are involve in regulating GPCR cell-surface expression. The characterization of the human cornichon homolog 4 (CNIH4), a novel GPCR interactor identified in the screen, showed that this protein localized in the early secretory pathway (ER and ERGIC), selectively interacts with GPCRs. Knockdown of the endogenous expression of this previously uncharacterized protein led to a decrease in the cell-surface expression of a receptor indicating that CNIH4 has a positive function in the ER export of GPCR. Supporting this, over-expression of CNIH4 at low levels increased the maturation of a mutant receptor normally retained in the ER. Moreover, CNIH4 interacts with Sec23, a component of the inner coat of COPII vesicles which transport proteins from the ER to the Golgi apparatus, suggesting that CNIH4 could recruit GPCRs in these vesicles. CNIH4 over-expression at very high levels also resulted in the intracellular trapping of the receptors. This dominant negative effet could be caused by the titration of another component of the GPCR export process. Another study showed that the transmembrane protein 9 (TMEM9), a novel GPCR interactor also identified in the screen, selectively interacts with GPCRs and CNIH4. Over-expression of this protein of previously unknown function restored normal receptor trafficking in presence of over-expressed CNIH4. Morevover, co-expression of TMEM9 potentialized CNIH4 ability to increase the maturation of a mutant receptor normally retained in the ER, suggesting that these proteins form a complex regulating GPCR maturation. During this thesis, novel GPCR interacting proteins controlling receptor expression at the plasma membrane were identified, allowing for a better understanding of the mechanisms controlling receptor trafficking from the ER to the cell-surface.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) forment la plus grande et la plus diversifiée des familles de protéines localisées à la surface cellulaire et responsables de la transmission de signaux à l’intérieur des cellules. D’intenses recherches effectuées au cours des trente dernières années ont mené à l’identification de dizaines de protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant la signalisation, la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation de ces importantes cibles pharmacologiques. Contrairement aux processus régulant l’activité des récepteurs à partir de la membrane plasmique, les mécanismes moléculaires contrôlant la biosynthèse des RCPGs dans le reticulum endoplasmique (RE) et leur transport jusqu’à la surface cellulaire sont très peu caractérisés. Une meilleure compréhension de ces processus nécessite l’identification de la machinerie protéique responsable de la maturation des RCPGs. Un crible protéomique basé sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), qui permet la mesure d’interactions protéiques dans les cellules vivantes, a mené à l’identification de plusieurs nouvelles protéines localisées dans la voie de sécrétion et interagissant potentiellement avec les RCPGs. Ces protéines étant localisées dans les compartiments cellulaires (reticulum endoplasmique et appareil de Golgi) responsables de la synthèse, du repliement adéquat et du transport à la membrane plasmique des récepteurs, il est très probable qu’elles soient impliquées dans le contrôle de l’expression des RCPGs à la surface cellulaire. La caractérisation de l’homologue humain de cornichon 4 (CNIH4), un nouvel intéracteur des RCPGs identifié dans le crible, a démontré que cette protéine localisée dans les compartiments précoces de la voie de sécrétion (RE et ERGIC) interagit de façon sélective avec les RCPGs. De plus, la suppression de l’expression endogène de cette protéine préalablement non-caractérisée, diminue le transport à la membrane plasmique d’un récepteur, indiquant que CNIH4 influence positivement l’export des RCPGs du RE. Ceci est supporté par l’observation que la surexpression de CNIH4 à de faibles niveaux favorise la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE. Nous avons également pu démontrer que CNIH4 est associée à la protéine Sec23, une des composantes de l’enveloppe des vésicules COPII qui sont responsables du transport des protéines du RE vers le Golgi, suggérant que CNIH4 pourrait favoriser le recrutement des récepteurs dans ces vésicules. La surexpression de CNIH4 à de très hauts niveaux provoque également la rétention intracellulaire des récepteurs. Cet effet dominant négatif pourrait être causé par la titration d’un autre facteur d’export des RCPGs. Une deuxième étude a permis de révéler que la protéine transmembranaire 9 (TMEM9), un nouvel intéracteur des RCPGs également identifié dans le crible, interagit sélectivement avec les récepteurs et avec CNIH4. La surexpression de cette protéine aux fonctions précédemment inconnues, rétablit le transport normal d’un récepteur en présence de CNIH4 surexprimée. De plus, la co-expression de TMEM9 potentialise la capacité de CNIH4 à augmenter la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE, suggérant que ces deux protéines forment un complexe régulant la maturation des RCPGs. Au cours de cette thèse, de nouvelles protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant leur expression à la membrane plasmique ont donc été identifiées, permettant une meilleure compréhension des mécanismes régulant le transport des récepteurs du RE à la surface cellulaire. / G protein coupled receptors (GPCR) form the largest and most diversified family of cell-surface receptors responsible for signal transduction inside the cells. Extensive research over the last thirty years have led to the identification of multiple proteins interacting with GPCRs and controlling the signalisation, desensitization, internalization and degradation of these important pharmaceutical targets. In contrast to the processes regulating GPCR activity at the plasma membrane, the molecular mechanisms controlling GPCR biogenesis in the endoplasmic reticulum (ER) and their transport to the cell-surface are poorly characterized. The identification of the proteins regulating GPCR maturation is essential in order to understand how receptors are expressed at the plasma membrane. A proteomic screen based on bioluminescence resonance energy transfer (BRET), which allows for the detection of protein-protein interaction in living cells, led to the identification of several potential novel GPCR interactors localized in the secretory pathway. Since the cellular compartments where these proteins are localized are responsible for the synthesis, proper folding and transport to the plasma membrane of the receptors, it is highly probable that they are involve in regulating GPCR cell-surface expression. The characterization of the human cornichon homolog 4 (CNIH4), a novel GPCR interactor identified in the screen, showed that this protein localized in the early secretory pathway (ER and ERGIC), selectively interacts with GPCRs. Knockdown of the endogenous expression of this previously uncharacterized protein led to a decrease in the cell-surface expression of a receptor indicating that CNIH4 has a positive function in the ER export of GPCR. Supporting this, over-expression of CNIH4 at low levels increased the maturation of a mutant receptor normally retained in the ER. Moreover, CNIH4 interacts with Sec23, a component of the inner coat of COPII vesicles which transport proteins from the ER to the Golgi apparatus, suggesting that CNIH4 could recruit GPCRs in these vesicles. CNIH4 over-expression at very high levels also resulted in the intracellular trapping of the receptors. This dominant negative effet could be caused by the titration of another component of the GPCR export process. Another study showed that the transmembrane protein 9 (TMEM9), a novel GPCR interactor also identified in the screen, selectively interacts with GPCRs and CNIH4. Over-expression of this protein of previously unknown function restored normal receptor trafficking in presence of over-expressed CNIH4. Morevover, co-expression of TMEM9 potentialized CNIH4 ability to increase the maturation of a mutant receptor normally retained in the ER, suggesting that these proteins form a complex regulating GPCR maturation. During this thesis, novel GPCR interacting proteins controlling receptor expression at the plasma membrane were identified, allowing for a better understanding of the mechanisms controlling receptor trafficking from the ER to the cell-surface.

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