Thesis (Dr. med. vet.)--Tierärztliche Hochschule Hannover, 2000. / Summary in English. Includes bibliographical references.

La progression à travers le cycle cellulaire est assurée par l’activation séquentielle d’une série de complexes cycline-CDK. Les complexes cycline D-CDK4 assurent la progression au cours de la phase G1 du cycle cellulaire en phosphorylant les protéines « antioncogéniques » de la famille Rb. L’activation de la CDK4 nécessite son association à une cycline D et sa phosphorylation sur Thr172 par la CAK nucléaire (CDK activating kinase). Le rôle essentiel des protéines de la famille Cip/Kip dans la régulation de l’activité de ces complexes reste controversé. Les protéines de cette famille (comprenant p27 et p21) ont initialement été identifiées comme des inhibiteurs puissants des complexes cycline-CDK et comme les intermédiaires de l’action antimitogénique de différents signaux intra ou extra-cellulaires. Il a été proposé que la liaison de la p27 ou de la p21 aux complexes cycline D-CDK4 empêche leur phosphorylation activatrice par la CAK et leur activité pRb kinase. Cependant, l’observation que des complexes cycline D-CDK4 associés à p21/p27 possèdent une activité pRb kinase a donné naissance à une seconde hypothèse sur la régulation de ces complexes par la p27 ou la p21. Ces « inhibiteurs » ont été paradoxalement proposés comme facteurs nécessaires et suffisants d’assemblage et de localisation nucléaire des complexes cycline D-CDK4. Dans le modèle physiologiquement relevant des thyrocytes de chien en culture primaire, la mitogénèse dépendante de l’AMPc activée par la TSH diffère des cascades des facteurs de croissance puisqu’elle n’induit pas les cyclines D mais au contraire augmente l’accumulation de l’«inhibiteur» de CDK p27. L’AMPc stimule l’assemblage des complexes cycline D3-CDK4, leur translocation nucléaire et leur association à p27. Dans ce modèle, le TGF inhibe la mitogénèse dépendante de l’AMPc en inhibant la translocation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4 et leur association à la p27. Nous avons étudié l’activité catalytique et l’activation des complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien en culture primaire ou produits en cellules d’eucaryotes supérieurs (CHO et Sf9). Nous avons pu montrer que les complexes cycline D3-CDK4-p27 issus des thyrocytes de chien stimulés par la TSH présentent une activité pRb-kinase qui est inhibée par le TGF. En outre, la production des complexes cycline D3-CDK4-p27 en cellules CHO ou Sf9 nous a permis de montrer que l’impact de la p27 sur l’activité catalytique des complexes cycline D3-CDK4 dépend de sa stoechiométrie de liaison à ces complexes. L’analyse du profil de séparation par électrophorèse bidimensionnelle de la CDK4 issue de ces trois systèmes montre que la p27 n’empêche pas la phosphorylation activatrice de la CDK4, même aux concentrations de p27 qui empêchent l’activité pRb kinase du complexe cycline D3-CDK4. Nous avons également montré dans les cellules CHO que la p27 détermine la localisation nucléaire des complexes cycline D3-CDK4, ceux-ci étant relocalisés dans le cytoplasme par la transfection d’un mutant de la p27 dépourvu de son signal de localisation nucléaire. Ces résultats valident les observations réalisées par immunofluorescence dans les thyrocytes de chien dans lesquels nous avons mis en évidence une étroite corrélation au niveau des cellules individuelles stimulées par la TSH entre la translocation nucléaire de la CDK4 et l’apparition de la p27 nucléaire. Cette colocalisation est partiellement inhibée par le TGF. Ces observations renforcent l’hypothèse d’un rôle de la p27 dans l’ancrage nucléaire des complexes cycline D3-CDK4. Alors que la localisation de la CAK est considérée comme exclusivement nucléaire et son activité catalytique constitutive, nous avons pu montrer que la phosphorylation activatrice de la CDK4 associée à la cycline D3 n’est pas affectée par sa localisation sub-cellulaire et qu’elle est régulée par le TGF dans les thyrocytes de chien et par le sérum dans les cellules T98G indépendamment de l’association de la CDK4 à la p27. De plus, la phosphorylation de la CDK4 sur Thr172 dans les cellules T98G est stimulée par le sérum, alors que la phosphorylation activatrice de la CDK6, son homologue fonctionnel, ne l’est pas. La comparaison de la séquence de ces deux CDKs à proximité des Thr phosphorylées (Thr177 pour la CDK6) révèle, outre une forte similarité de séquence, une différence au niveau de l’acide aminé situé en aval de la thréonine : il s’agit d’une proline dans la CDK4 et d’une sérine dans la CDK6. La mutation P173S de la CDK4 abolit la phosphorylation sur Thr172 et l’activité de la CDK4 associée à la cycline D3 dans les cellules CHO, mais n’affecte pas la phosphorylation et l’activation de la CDK4 par la CAK recombinante in vitro. L’ensemble de ces résultats suggère que la/les CAKs régulée(s) responsables de l’activation de la CDK4 n’ont pas encore été identifiées et que la proline située en aval de la Thr172 de la CDK4 est essentielle pour sa phosphorylation activatrice et son activité pRb kinase.

Les cyclines D sont des régulateurs importants de la phase G1 du cycle cellulaire. Il existe trois types de cyclines D (D1, D2, D3) dont le taux d'expression varie selon le type cellulaire. L'étude de la transformation cellulaire par le rétrovirus Graffi chez la souris nous a permis de découvrir une nouvelle isoforme de la cycline D2 : la cycline D2 tronquée (D2Trc). Cette protéine se retrouve à un niveau basal dans des tissus normaux (cerveau, ovaire) et est fortement exprimée dans des leucémies chez la souris et dans différents cancers de cerveau humain. Il a été démontré que la forme tronquée possède un pouvoir transformant plus élevé que l'isoforme normale (D2), et que, contrairement à celui-ci, elle se localise uniquement dans le cytoplasme. De plus, bien qu'il lui manque la région C-terminale de la boîte cycline (cyclin box), la D2Trc garde sa capacité à se lier aux CDK4/6. Pour comprendre les rôles oncogéniques et cellulaires de la D2Trc, nous avons étudié la région C-terminale de la boîte cycline qui distingue, entre autre, l'isoforme tronquée de l'isoforme normale. Pour ce faire, différents ADNc de protéines mutantes ont été créées par PCR (D2Δ157à289, D2TrcT151A et D2TrcΔ155- 151- 147- 143- 137- à 156). La localisation cellulaire des mutants D2Δ157à289 et D2TrcΔ137à156 a été faite à l'aide de la protéine de fusion fluorescente GFP, en comparaison avec la protéine D2Trc native. Par immunoprécipitation, nous avons cherché à déterminer les régions ou acides aminés qui permettent aux deux isoformes du gène CCND2 de se lier aux CDK4/6. Pour ce faire, les mutants D2Δ157à289 et D2TrcΔ151- 147- 137- à 156 ont été utilisés. Nous avons constaté que ce sont les vingt derniers acides aminés de la boîte cycline de l'isoforme longue qui sont importants dans la localisation nucléaire des protéines. L'étude des partenaires d'interaction permettrait de mieux comprendre le rôle physiologique de la D2Trc. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Leucémie, Cycle cellulaire, Cycline D2 tronquée, Localisation cytoplasmique, Boîte cycline.

Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Les cyclines D jouent un rôle essentiel dans les mécanismes du cycle cellulaire. Cette famille de protéines est composée de trois membres (D1,D2,D3) qui partagent un domaine très homologue de la « cyclin box » (codée par les exons 1-3). Ce domaine est responsable de leur activité redondante dans la phosphorylation de la protéine du rétinoblastome lors de l'association avec les kinases cycline-dépendantes CDK4/6. Parmi les trois cyclines, la cycline Dl, bien que faiblement exprimée dans les lymphocytes, est la cycline la plus impliquée dans les cancers lymphoïdes ou elle aurait une fonction de facteur de transcription indépendante de Cdk. Etant donné qu'après stimulation antigénique, les lymphocytes T et B ont une capacité remarquable de division, essentielle à la génération d’une réponse immunitaire efficace, nous avons porté un intérêt particulier au rôle des cyclines D dans la lymphopoïèse. Pour étudier le rôle de la cycline Dl dans la différenciation des lymphocytes, nous avons utilisé des souris déficientes pour les exons 1,2,3 de la « cycline box » Dl mais conservé les exons 4 et 5. Étonnamment, ces souris présentaient des phénotypes très différents que nous avons subdivisés en quatre groupes. Dans le groupe I, les souris avaient un thymus réduit car la différenciation de la lignée lymphoide est bloquée à un stade très précoce, avec un faible nombre de cellules progénitrices (CLP) dans la moelle osseuse. Dans le thymus, les progéniteurs des thymocytes (ETP) étaient pratiquement absents et les précurseurs CD4CD8CD3 (TN) immatures essentiellement constitués par des cellules CD44*CD25 (TN1) et CD44*CD25+ (TN2) les plus immatures. De plus, les CD4*CD8* (DP) qui donnent naissance aux thymocytes matures CD4+ et CD8+ étaient présents en très faible quantité. Dans la moelle osseuse, on observe un blocage majeur dans la différenciation de la lignée B au stade pré-proB. Dans les ganglions, la forte réduction du nombre de lymphocytes T observée était liée au faible nombre d'ETP et à l’absence du récepteur aux chimiokines CCR7. Dans le groupe II, les souris présentaient une diminution moins sévère des ETP et une atrophie modérée du thymus. La différenciation était bloquée à un stade ultérieur, soit dans la transition des étapes TN3 à TN4. Dans la moelle osseuse, les lymphocytes B ont subi un blocage partiel au stade pré-proB et une réduction des cellules pré-B. Le nombre de CLP est également réduit, mais dans une moindre mesure que dans les souris du groupe I. dans les groupes III et IV, les souris ont une répartition normale des thymocytes mais présentaient une augmentation du compartiment ETP. Alors que les souris du groupe III contenaient un nombre normal de thymocytes, les souris du group IV présentaient une hyperplasie thymique. Par ailleurs, en comparaison avec des souris normales, bien que la différenciation des lymphocytes B soit normale, on observe dans les deux groupes une augmentation des CLP et des progéniteurs hématopoïétlque (LSK). L’implication de la cycline Dl dans la transition de G1 à S nous a conduit à analyser les divisions cellulaires in vivo. De manière surprenante, les souris du groupe I étaient fortement dépourvues de cellules en cycle dans tous les compartiments lymphoïdes, ce qui peut expliquer les blocages de la différenciation lymphoide. Par contre, dans les trois autres groupes, on observe une augmentation du nombre de divisions cellulaires. Ces résultats différents peuvent être dû à l'expression ou l'absence d'une protéine Dl tronquée qui contient cependant les exons 4-5. Alors que ces ARNm tronqués ne sont pas détectables dans les souris de groupe I, on observe des niveaux élevés d'expression dans les autres groupes. De plus, nous avons observé une corrélation entre l'absence d’expression des exons 4-5 et la très faible expression des gènes CCND2 et CCND3, ce qui attribue à cette protéine tronquée un rôle prépondérant dans la régulation des cyclines D et permet d’expliquer l'aplasie profonde et… / D Cyclins play an essential role connecting exogenous stimulation to the intrinsic cell cycle machinery. This family of proteins is composed of three members sharing a highly homologous domain, the cyclin box (coded by exons 1-3), which is responsible for their redundant role in the phosphorylation of the retinoblastoma protein upon association with cydin-dependent kinases Cdk4/6. Both mature T and B-cells have a remarkable division capability after antigen stimulation, essential to the generation of efficient immune responses, raising the interest of D Cyclins in lymphopoiesis. Cyclin Dl, although weakly expressed by lymphocytes, is the D Cyclin most commonly implicated in lymphoid cancers and as having a Cdk-independent transcriptional role. To study the role of Cyclin Dl, we used mice deficient for the Dl cyclin box but sparing exons 4-5. Surprisingly, individual mice have very different phenotypes that we subdivided into four arbitrary groups. Group I mice show the most precocious block in lymphoid lineage differentiation, illustrated by a low cellularity of common lymphoid progenitor cells (CLP). The thymi showed very few CD4*CD8*, double positive (DP) cells, while the CD4 CD8TCR, triple negative (TN) populations were found to be mostly constituted by the early CD44*CD25' (TNI) and few CD44*CD25* (TN2). TNl's early thymocyte progenitors (ETP) were virtually absent. At the B-cell lineage level in the bone marrow (BM) there was a major block in pre-proB differentiation. The number of peripheral T-cells was severely reduced, mainly in LN, since group I T-cells lack CCR7 expression. Group II mice presented moderate thymus atrophy. The block on TN differentiation occurs at a later stage, i.e., in the TN3 to TN4 transition, and the TNI population was characterized by a less severe depletion of the ETP. Group II mice showed a partial pre-proB block and a reduction in pre-B-cells. CLPs were also reduced but to a lesser extent than in group I mice. Group ill and group IV mice appear to have a normal thymocyte population distribution but showed an increase on ETP compartment. Group IV mice displayed thymic hyperplasia while group III mice possessed normal thymus cellularity. B-cell differentiation on both groups appeared to be normal but BM precursors had an increase in both CLP and early haematopoietic progenitor's (LSK) levels as compared with wild type mice. Cyclin Dl involvement in G1 to S transition led us to analyse in vivo division rates. Strikingly, group I mice were virtually devoid of cycling cellsin all lymphoid compartments, explaining why lymphoid lineage cells do not differentiate in these mice. In contrast, in all other groups we observed an increased BrdU incorporation. These contradicting phenotypes correlated with the expression or absence of a truncated Dl protein coded by exons 4-5. The presence of the cyclin Dl truncated mRNA was not found in group I mice but high levels of expression are consistently observed in the remaining groups. In the absence of the Dl truncated protein only trace values of Cyclins D2 and D3 were found, highlighting the role of this protein as a master D cyclin regulator, which further supports the profound aplasia and arrest in lymphoid lineage division on cells that predominantly express Cyclin D2. These results suggest that, while the function of the Dl cyclin box is redundant, the regulatory domain coded by exons 4-5 is fundamental for lymphopoiesis. Full Dl protein was also eliminated by RNA interference both in vitro and in vivo. These experiments reproduced the phenotype of group I mice. We have developed a lentiviral vector with a truncated Dl (exons 4-5) and conditional knockout (KO) mice by floxing exons 4-5 of cyclin Dl. These tools will allow us to show Cyclin Dl Cdk-independent role as a transcription regulator in lymphopoiesis and to attribute this function to exons 4-5. Understanding how exons 4-5 regulate different transcription factors might be a key in…

Dans les cellules eucaryotes, les extrémités des chromosomes linéaires sont protégées par une structure nucléoprotéique, appelée télomère. Un télomère non fonctionnel peut induire des réarrangements de chromosomes et d’instabilité génomique, et ainsi, contribuer au vieillissement ou au développement de cancers. L’instabilité génomique est initiée par une réparation nuisible des extrémités chromosomiques, dont certains aspects sont régulés par la principale kinase du cycle cellulaire, Cdc28 (ou Cdk1 pour Cyclin dependant kinase 1), chez Saccharomyces cerevisiae. Par exemple, la déstabilisation des télomères induite par l’inactivation de la protéine Cdc13, une des protéines de la coiffe protectrice du télomère, conduit à la résection extensive et non contrôlée des extrémités des chromosomes, promue par la kinase Cdc28. La kinase Cdc28 n’est pas en mesure d’accomplir ses fonctions par elle-même; elle est activée à l’aide d’une de ses neuf différentes sous-unités auxiliaires, appelées cyclines. Les cyclines sont non seulement responsables pour activer, mais aussi pour guider la kinase vers de substrats spécifiques lors l’exécution de ses nombreuses tâches. Alors, l’objectif des travaux de maîtrise fut de définir la contribution des sous-unités individuelles de cyclines, dans la dégradation des télomères non fonctionnels. Suite à la déprotection contrôlée des télomères par l’inactivation de la protéine Cdc13, l’effet des délétions de trois groupes de cyclines, cyclines précoces de la phase S, de la phase S ou de la phase M sur la croissance et sur la structure des télomères ont été déterminés. En fonction des résultats obtenus, aucune simple délétion de cyclines de la phase S ne semble avoir un effet sur la dégradation des télomères. En général, les résultats pour les doubles délétions sont cohérents avec les observations faites avec les simples délétions, sauf que certaines doubles délétions de cyclines de la phase S combinée avec l’allèle cdc13-1 ont montrées une croissance détériorée et une accumulation plus élevée d’ADN sb aux télomères que les contrôles pertinents. Pourtant, aucune de ces doubles délétions ne supprime le phénotype de thermosensibilité d’allèle cdc13-1. Cependant, la viabilité des cellules cdc13-1 contenant de triples délétions de S cyclines est gravement compromise par rapport au contrôle, les cellules cdc13-1, à une température semi-permissive, malgré que les niveaux de l’AND sb aux télomères et l’activation de la DDR sont comparables à ceux du contrôle. Il est proposé que ceci pourrait refléter un effet combiné des délétions de cyclines et de Cdc13 sur la réplication ou, encore, une limitation de la technique utilisée pour la détection de l’ADN sb. À l’aide de l’expression contrôlée de Clb5, l’effet d’élimination de toutes les cyclines de la phase S a pu être étudié. Les résultats démontrent que la résection aux télomères et l’activation de la DDR suite à la déprotection ne sont pas réprimées en absence de toutes les cyclines de la phase S. Ces résultats suggèrent que les cyclines mitotiques sont probablement responsables pour l’accumulation d’ADN simple brin observée aux télomères déprotégés, mais l’expérimentation pour confirmer ou écarter cette possibilité n’était pas réalisée durant le terme de cette maîtrise. Un deuxième objectif de mes travaux de maîtrise fut la mise au point dans notre laboratoire d’une technique basée sur la PCR quantitative qui permet de quantifier l’ADN simple brin et de suivre la dynamique de la résection aux télomères non fonctionnels, appelée QAOS (d’anglais Quantitative Amplification of Single-stranded DNA). La technique QAOS qui a été mise au point lors de ma maîtrise nous a permis de confirmer les résultats obtenus par la technique de l’hybridation non dénaturante.

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

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

Annuellement, la vie de millions de personnes est bouleversée suite à un diagnostic de cancer. Cette maladie est caractérisée par une prolifération cellulaire anormale au sein d'un tissu ou d'un organe au point de menacer la vie du patient. Une multitude de gènes sont connus pour leur implication dans le cancer. Toutefois les protéines régulatrices du cycle cellulaire, les cyclines, sont les principaux responsables du dérèglement cellulaire. Les cyclines D contrôlent l'entrée et la progression de la cellule en phase G1. La découverte d'un site commun d'intégration du rétrovirus murin Graffi en amont du gène de la cycline D2 (D2) a révélé l'existence d'un nouvel isoforme, la cycline D2 tronquée (D2Trc). La D2Trc se distingue par l'utilisation d'un site donneur d'épissage alternatif localisé dans le second intron. Il en résulte un exon 2 allongé et l'apparition d'un codon stop après le 156e acide aminé. Par rapport à la D2, 133 acides aminés sont manquants dont les 21 derniers de la boîte cycline. Les 20 acides aminés terminaux diffèrent de la D2. L'altération de la séquence génère une protéine cytosolique contrairement à la D2 qui est nucléaire. Il a été démontré que la D2Trc détient un pouvoir immortalisant supérieur à la D2. Cette étude vise à identifier les principaux partenaires d'interaction de la D2Trc chez la souris par co-immunoprécipitation. Des fibroblastes de souris (NIH/3T3) ont été transfectés par le vecteur pCMV contenant l'ADNc murin de la D2 ou la D2Trc en phase avec l'épitope Myc à l'extrémité N-terminale. La D2 et la D2Trc ont été co-immunoprécipitées à l'aide d'un anticorps dirigé contre l'épitope Myc associé à de billes de protéine G sépharose. Les complexes protéiques ont été dissociés de l'anticorps par compétition avec le peptide Myc. Les extraits ont été séparés sur un gel de polyacrylamide puis colorés au nitrate d'argent. Les interactions entre l'anticorps et la forme native de la D2 et la D2Trc ont été observées in situ par colocalisation. Les résultats indiquent que l'anticorps peut se lier à l'étiquette Myc des protéines tant dans la forme native que linéaire, toutefois cette liaison serait faible. Les lavages s'avèrent suffisants pour briser le lien entre la protéine et l'anticorps. L'étiquette serait difficilement accessible dû à une congestion engendrée par les partenaires d'interaction et/ou une nouvelle conformation causée par des interactions entre l'étiquette et la protéine. L'utilisation d'une méthode alternative telle que le double hybride chez la levure ou l'utilisation du vecteur TAP serait à envisager. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Colocalisation, Co-immunoprécipitation, Cycle cellulaire, Cycline D2, Cycline D2 tronquée, Interactions protéine-protéine.

München, Techn. Univ., Diss., 2003.