La déficience du système de réparation des mésappariements de bases aboutit à une instabilité des séquences répétées ou microsatellites (MSI) qui engendre des mutations au niveau de gènes cibles de l'oncogenèse MSI. L'objectif de ma Thèse consistait à définir les conséquences fonctionnelles des mutations d'un nouveau gène cible de la tumorigenèse colorectale MSI : le gène SMAP1 (Small ArfGAP1) qui code une protéine de la famille ArfGAP (ADP ribosylation factor GTPase Activating Protein) spécifique d'Arf6, protéine impliquée dans de nombreux mécanismes cellulaires. Les mutations de SMAP1 sont spécifiques des tumeurs MSI de différentes origines tissulaires et n'apparaissent qu'au niveau de la répétition (A10). Dans les tumeurs colorectales primaires, la fréquence de mutations de SMAP1 observées diminue au cours de la progression tumorale suggérant que les tumeurs dépourvues de mutations de SMAP1 sont plus invasives. D'un point de vue fonctionnel, les mutations de SMAP1 ont pour conséquences un défaut dans le recyclage rapide du récepteur à la transferrine, une augmentation de la prolifération cellulaire et une diminution du pouvoir invasif en maintenant les jonctions adhérentes. Ainsi, nos observations montrant que les mutations de SMAP1 augmentent le pouvoir prolifératif mais diminuent le pouvoir invasif des lignées cellulaires issues de CCR MSI pourraient expliquer certaines caractéristiques cliniques des CCR MSI, les tumeurs MSI étant en effet des tumeurs volumineuses, ayant un faible pouvoir métastatique.

Morphogens are secreted signalling molecules that are expressed in restricted groups of cells within the developing tissue. From there, they are secreted and travel throughout the target field and form concentration gradients. These concentration profiles endow receiving cells with positional information. A number of experiments in Drosophila demonstrated that the morphogen Decapentaplegic (Dpp) forms activity gradients by inducing the expression of several target genes above distinct concentration thresholds at different distances from the source. This way, Dpp contributes to developmental fates in the target field such as the Drosophila wing disc. Although the tissue distribution as well as the actual shape and size of the Dpp morphogen concentration gradient has been visualized, the cell biological mechanisms through which the morphogen forms and maintains a gradient are still a subject of debate. Two hypotheses as to the dominant mechanism of movement have been proposed that can account for Dpp spreading throughout the Drosophila wing imaginal target tissue: extracellular diffusion and planar transcytosis, i. e. endocytosis and resecretion of the ligand that is thereby transported through the cells. Here, I present data indicating that implications of a theoreticalanalysis of Dpp spreading, where Dpp transport through the target tissue is solely based on extracellular diffusion taking into account receptor binding and subsequent internalization, are inconsistent with experimental results. By performing Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) experiments, I demonstrate a key role of Dynamin-mediated endocytosis for Dpp gradient formation. In addition, I show that most of GFP-Dpp traffics through endocytic compartments at the receiving epithelial cells, probably recycled through apical recycling endosomes (ARE). Finally, a Dpp recycling assay based on subcellular photouncage of ligand is presented to address specifically the Dpp recycling event at the receiving cells.

Eukaryotic cells depend on cargo uptake into the endocytic membrane system, which comprises a functionally interconnected network of endosomal compartments. The establishment and maintenance of such diverse compartments in face of the high rates of exchange between them, poses a major challenge for obtaining a molecular understanding of the endocytic system. Rab-GTPases have emerged as architectural key element thereof: Individual family members localize selectively to endosomal compartments, where they recruit a multitude of cytoplasmic effector proteins and coordinate them into membrane sub-domains. Such "Rab-domains" constitute modules of molecular membrane identity, which pattern the endocytic membrane system into a mosaic of Rab-domains. The main objective of this thesis research was to link such "static" mosaic-view with the highly dynamic nature of the endosomal system. The following questions were addressed: How are neighbouring Rab-domains coordinated? Are Rab-domains stable or can they undergo assembly and disassembly? Are the dynamics of Rab-domains utilized in cargo transport? The first part of this thesis research focused on the organization of Rab-domains in the recycling pathway. Utilizing Total Internal Reflection (TIRF) microscopy, Rab11-, but neither Rab4- nor Rab5-positive vesicles were observed to fuse with the plasma membrane. Rab4-positive membranes, however, could be induced to fuse in presence of Brefeldin A. Thus, these experiments complete the view of the recycling pathway by the following steps: a) Rab11-carriers likely mediate the return of recycling cargo to the surface; b) such carriers are presumably generated in an Arf-dependent fission reaction from Rab4-positive compartments. Rab11-chromatography was subsequently carried out in the hope of identifying Rab11-effectors functioning at the Rab4-Rab11 domain interface. An as yet uncharacterized ubiquitin ligase was identified, which selectively interacts with both Rab4 and Rab11. Contrary to expectations, however, the protein (termed RUL for *R*ab interacting *U*biquitin *L*igase) does not function in recycling,but appears to mediate trafficking between Golgi/TGN and endosomes instead.In order to address the dynamics of Rab-domains, fluorescently tagged Rab-GTPases were imaged during cargo transport reactions in living cells. Herefore high-speed/long-term imaging procedures and novel computational image analysis tools were developed. The application of such methodology to the analysis of Rab5-positive early endosomes showed that a) The amount of Rab5 associated with individual endosomes fluctuates strongly over time; b) such fluctuations can lead to the "catastrophic" loss of the Rab5-machinery from membranes; c) Rab5 catastrophe is part of a functional cycle of early endosomes, involving net centripetal motility, continuous growth and increase in Rab5 density. Next, the relevance of Rab5 catastrophe with respect to cargo transfer into either the recycling- or degradative pathway was examined. Recycling cargo (transferrin) could be observed to exit Rab5-positive early endosomes via the frequent budding of tubular exit carriers. Exit of degradative cargo (LDL) from Rab5-positive endosomes did not involve budding, but the rapid loss of Rab5 from the limiting membrane.Rab5-loss was further coordinated with the concomitant acquisition of Rab7, suggesting "Rab conversion" as mechanism of transport between early- and late endosomes.Altogether, this thesis research has shown that first, Rab-machineries can be acquired and lost from membranes. Second, such dynamics provide a molecular mechanism for cargo exchange between endosomal compartments. Jointly, these findings lead to the concept of Rab-domain dynamics modulation in /trans/ between neighbouring domains as mechanistic principle behind the dynamic organization of membrane trafficking pathways.

Dans les cellules acineuses du pancréas exocrine, les agonistes acétylcholine (ACh) et Cholécystokinine (CCK) déclenchent des oscillations calciques via les messagers libérant du calcium IP3 et cADPR pour l'ACh, et NAADP et cADPR pour la CCK. L'existence de plusieurs messagers et de plusieurs réserves intracellulaires de Ca2+ pose la question d'une possible coopération de ces messagers, et du recrutement sélectif des différentes réserves de Ca2+.<br />Notre travail montre que lors de l'initiation des oscillations calciques induites par la CCK, le NAADP recrute le Ca2+ du lysosome et de l'endosome, tandis que dans le cas de l'ACh, l'IP3 recrute le Ca2+ des granules de zymogène. Cette réponse calcique est ensuite maintenue et amplifiée par le réticulum endoplasmique (RE) sous contrôle du cADPR. <br />Nous proposons que les messagers déterminent les signatures calciques des agonistes en contrôlant la contribution de chaque réserve acide et du RE.<br />Notre travail montre que la principale enzyme de synthèse de NAADP chez la souris est l'antigène de surface CD38, bien qu'une autre enzyme de synthèse existe dans le cerveau. Nos résultats montrent aussi pour la première fois que dans les muscles squelettiques, le monoxyde d'azote inhibe la synthèse de NAADP.

Résumé<br />Candida albicans est le premier pathogène fongique de l'homme. Cette levure, habituellement<br />commensale, peut être à l'origine d'infections profondes mettant en jeu le pronostic<br />vital. L'incidence des candidoses profondes ne cesse d'augmenter parallèlement à<br />l'augmentation du nombre de patients à risque. La virulence de C. albicans s'explique par sa<br />capacité à coloniser puis envahir de nombreux tissus de l'organisme qui constituent autant de<br />microenvironnements différents. Les réponses adaptatives de la cellule aux modifications environnementales<br />sont déterminantes pour sa survie et conditionnent sa virulence. La voie<br />d'endocytose assure la dégradation ou le recyclage des protéines membranaires et joue un rôle<br />important dans la régulation des récepteurs. Elle est également impliquée dans l'activation de<br />la voie de signalisation du pH : la voie Rim.<br />Au début de ce travail, nous avons montré que la voie d'endocytose jouait un rôle majeur<br />dans la réponse au pH, la morphogenèse et la virulence de C. albicans, de façon à la fois<br />dépendante et indépendante de la voie Rim. Nous avons montré que les délétions de deux<br />gènes de la voie d'endocytose, VPS28 et VPS32, produisent non seulement les mêmes effets<br />que les délétions des gènes de la voie Rim, mais les aggravent.<br />Nous avons également mis en évidence le rôle de la voie Rim et des protéines Vps<br />dans la structure de la paroi et la résistance aux antifongiques azolés et aux échinocandines.<br />Là encore, la voie d'endocytose semble impliquée par son action spécifique dans la voie Rim<br />mais aussi par d'autres mécanismes indépendants de la voie Rim.<br />Enfin, nous avons caractérisé les mutants rim9 et rim21 et montré que les protéines<br />Rim9p et Rim21p sont toutes les deux indispensables à l'activation de la voie Rim chez C. albicans.<br />Ce résultat confirme que le mode d'activation de la voie Rim chez C. albicans est<br />proche de celui décrit chez S. cerevisiae et diffère sensiblement de celui d'Aspergillus nidulans<br />ou de Yarrowia lipolytica.<br />Nous avons montré que l'inhibition de la voie d'endocytose induit chez C. albicans<br />une réduction majeure de la virulence associée à une augmentation de la sensibilité aux antifongiques<br />azolés et aux échinocandines. En permettant la potentialisation de l'efficacité des<br />molécules existantes cette voie pourrait constituer une cible intéressante pour le développement<br />de nouveaux traitements antifongiques.

La leptine est une hormone adipocytaire impliquée notamment dans le contrôle de la balance énergétique et de la sécrétion d'hormone de croissance (GH). Ses récepteurs ObRa et ObRb sont exprimés dans les cellules somatotropes de rat, et elle régule l'expression hypophysaire du récepteur de la ghréline. Dans notre modèle de rats obèses DIO, l'altération des taux plasmatiques de GH caractéristique de cette pathologie n'est pas liée à la résistance hypophysaire à la leptine. Chez les rats Lou/C, la GH participe à la résistance à l'obésité, les hormones ghréline et leptine jouant un rôle prépondérant dans le contrôle hypophysaire de sa sécrétion. In vitro, l'internalisation de ObRb est constitutive mais la leptine inhibe l'adressage de ce récepteur de l'appareil de Golgi vers la membrane plasmique. Cette internalisation est indispensable pour l'activation de STAT3 et ce processus pourrait donc participer à l'établissement de la résistance à la leptine.

Itch est la seule ligase de l'ubiquitine de type C2-WW-HECT capable d'interagir avec les protéines à domaine SH3. Ce domaine est particulièrement représenté parmi les protéines régulatrices de l'endocytose. Les travaux présentés ici visaient à examiner la capacité d'Itch à interagir avec plusieurs protéines endocytiques. Nous avons utilisé la technique du BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) pour examiner quelques protéines candidates. Nous avons ensuite confirmé les résultats obtenus par BRET avec des tests d'interaction in vitro, puis déterminé la capacité d'Itch à ubiquityler les protéines liées via leurs domaines SH3. Nous avons ainsi découvert deux nouveaux partenaires d'interaction et substrats d'Itch parmi les protéines endocytiques, amphyphisine et pacsine. De plus, Itch interagit avec les domaines SH3 isolés d'intersectine, mais pas avec la protéine complète, suggérant que cette dernière n'est pas un substrat d'Itch. Itch est donc bien positionnée pour exercer un rôle régulateur de l'endocytose en ubiquitylant ses substrats. / Itch is the only C2-WW-HECT type ubiquitin ligase that can bind SH3 domain proteins. This domain is particularly frequent in accessory endocytic proteins. We have used Bioluminescent Resonance Energy Transfer to examine a few candidate endocytic proteins, in addition to the already known substrate of Itch, endophilin. We then used standard in vitro techniques to confirm these interactions, and tested Itch capacity to ubiquitylate these putative substrate proteins. We thus discovered two new substrates of Itch, amphiphysin and pacsin. We also determined that although Itch interacts with the isolated SH3 domains of intersectin, it does not recognize the full length protein, thus rulling out Intersectin as a substrate of Itch. Itch is thus a putatively important regulator of endocytosis, through its capacity to recognize and ubiquitylate several SH3-domain proteins.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’homéostasie cellulaire est intimement liée au trafic membranaire, processus dynamique qui permet les échanges de lipides et de protéines entre les compartiments cellulaires mais aussi entre la cellule et le milieu extracellulaire. L’intersectin-1 (ITSN1) est une protéine d’échafaudage multifonctionnelle, impliquée dans les processus d’endocytose, d’exocytose, diverses voies de signalisation ainsi que dans la survie cellulaire. L’ensemble de mes travaux de doctorat a permis d’identifier deux nouveaux partenaires de l’ITSN1, RhoU et l’OPHN1, et de montrer leur implication dans le trafic membranaire. De plus je démontre que les variants d’épissage de l’ITSN1 pourraient avoir une spécificité d’interactiondifférente vis-à-vis de ses partenaires. Nous montrons aussi que l’ITSN1 est capable de former des complexes entre ses différentes isoformes. Ainsi, l'ensemble de ces données apportent de nouvelles connaissances sur l’interactôme d’ITSN1. / The cellular homeostasis is tightly linked to the membrane trafficking, a dynamic process which allows lipid and protein exchange between the cellular compartments as well as the cell and the environment. Intersectin1 (ITSN1) is a multifunctional scaffold protein implicated in the processes of endocytosis and exocytosis, different signaling pathways and cell survival. In present study I have identified two new partners of ITSN1, RhoU and OPHN1, and demonstrated their implication in membrane trafficking. Surprisingly, I have also found that the alternative splicing of ITSN1-L can lead to the change of the specificity of its interaction with binding partners. In addition, I have shown that different ITSN1 isoforms are capable to form complexes with each other. All together these data add new knowledge to ITSN1 interactome.

La mucoviscidose est causée par des mutations du gène CFTR (p.Phe508del étant la plus fréquente). Celui-ci code pour la protéine CFTR qui constitue un canal chlorure exprimé à la face apicale des cellules épithéliales. Au niveau du reticulum endoplasmique (RE), le contrôle de qualité conformationnelle oriente la majorité du CFTR en cours de repliement vers une voie de dégradation. Une fraction limitée du WT-CFTR parvient cependant à se replier correctement et peut ensuite progresservers la surface cellulaire, contrairement au Phe508del-CFTR (qui est néanmoins fonctionnel). Lorsque des formes mutées sont exportées à partir du RE, grâce à des traitements correcteurs, elles sont alors instables à la membrane plasmique. Par ailleurs, il a été montré que l'organisation des microfilaments d'actine participe à l'ancrage du canal au cytosquelette et à sa stabilité. Or, la petite GTPase Cdc42 influence la dynamique de nucléation de l'actine fibrillaire. Au cours de nos travaux, nous avons testé l'implication de Cdc42 et de certains de ses effecteurs dans la régulation de WT-CFTR dans des cellules épithéliales bronchiques. Dans ce cadre, la fonction de la voie Cdc42 a été perturbée par des traitements pharmacologiques et par ARN interférence. Les résultats obtenus, principalement par biotinylation de surface, ont permis de proposer que (1) la protéine Cdc42 participe à ladégradation de formes mal repliées de CFTR dans les étapes précoces et tardives de la voie de sécrétion et (2) la voie Cdc42, par son implication dans l'organisation de l'actine F corticale, affecte l’ancrage du canal chlorure au cytosquelette et régule ainsi son recrutement dans des vésicules d'internalisation. / Cystic Fibrosis is caused by CFTR gene mutations (p.Phe508del being the most frequently encountered). The CFTR protein functions as a chloride channel expressed at the plasma membrane of epithelial cells. Its productive folding in the endoplasmicreticulum (ER) is poorly efficient and unfolded proteins are therefore targeted to degradation. Nevertheless, a limited fraction of WT-CFTR acquires a native conformation and then progesses into the secretory pathway. In the case of Phe508del-CFTR, virtually all channels are degraded at this step except through corrector treatments. Under these conditions the mutant remains unstable at the plasma membrane (although it is functionnaly competent). Furthermore, it has been shown that fibrillar actin organization is involved in CFTR tethering to the cytoskeleton and channel stability. Moreover, the small GTPase Cdc42 promotes F actin nucleation. In the present study, we aimed at testing the involvement of Cdc42, and of some of its effectors, in WT-CFTR regulation in epithelial airway cells. In this context, Cdc42 pathway function was altered through pharmacological treatments or siRNAmediated depletions. Our results, mainly obtained via cell surface biotinylation assays, led us to propose that (1) Cdc42 is involved in misfolded CFTR degradation at early and late steps of the secretory pathway, and (2) Cdc42 pathway, through its F actin organization function, affects CFTR anchoring to the cytoskeleton and thus regulates its endocytosis.