Universiẗat, Diss., 2004--Bonn.

La cellule utilise des nœuds d’interactions protéiques relativement stables, conservés et souvent constitués d’adaptateurs moléculaires pour gérer des signaux reçus (synthèse, sécrétion, traffic, métabolisme, division), des problèmes de sécurité et de niveaux d’énergie. Nos résultats montrent que la cellule utilise aussi des nœuds relativement petits et dynamiques où des informations propres concernant des voies métaboliques apparemment indépendantes sont évaluées. Ces informations y sont intégrées localement et une décision y est prise pour action immédiate. Cette idée est supportée par notre étude sur le récepteur de l’insuline (RI). Ce récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase reconnaît un signal externe (insuline circulante) et engage la signalisation de l’insuline, les réponses métaboliques et le contrôle du glucose circulant. Le RI est aussi impliqué dans l’internalisation de l’insuline et sa dégradation dans les endosomes (clairance). Il régule donc indirectement la sécrétion de l’insuline par les cellules du pancréas endocrine. La signification pathophysiologique de l’endocytose du RI ainsi que les bases moléculaires d’une telle coordination sont peu connues. Nous avons construit un réseau d’interactions du RI (IRGEN) à partir d’un protéome de fractions Golgi-endosomales (G/E) hépatiques. Nous démontrons une forte hétérogénéité fonctionnelle autour du RI avec la présence des protéines ATIC, PTPLAD1, AMPKα et ANXA2. ANXA2 est une protéine impliquée dans la biogénèse et le transport endosomal. Nos résultats identifient un site de SUMOylation régulé par l’insuline dans sa région N-terminale. ATIC est une enzyme de la voie de synthèse des purines de novo dont le substrat AICAR est un activateur de l’AMPKα. Des analyses biochimiques in vitro et in vivo nous montrent que ATIC favorise la tyrosine phosphorylation du RI par opposition fonctionnelle à PTPLAD1. Une délétion partielle d’ATIC stimule l’activation de l’AMPK dont la sous-unité AMPKα2 apparaît déterminante pour le trafic du RI. Nous démontrons que ATIC, PTPLAD1, AMPKα, AICAR et ANXA2 contrôlent l’endocytose du RI à travers le cytosquelette d’actine et le réseau de microtubules. Nous ressortons un nœud de signalisation (ATIC, PTPLAD1, AMPKα) capable de détecter les niveaux d’activation du RI, d’énergie cellulaires (rapports AMP/ATP) et aussi d’agir sur la signalisation et l’endocytose du RI. Cette proximité moléculaire expliquerait le débat sur le mécanisme primaire du diabète de type 2 (DT2), notamment entre la sensibilité à l’insuline et sa clairance. Nous avons calculé un enrichissement de 61% de variants communs du DT2 parmi les protéines fonctionnellement proches du RI incluant RI, ATIC, AMPKα, KIF5A et GLUT2. Cet enrichissement suggère que l’hétérogénéité génétique révélée par les consortiums sur études génomiques (GWAS) converge vers des mécanismes peu étudiés de biologie cellulaire. / The normal cell deals efficiently with multiple signals, processes (synthesis, secretion, trafficking, metabolism, and division), and energy and security problems. To achieve these goals, the cell uses large and relatively stable proteins nodes (or hubs) often sustained by adapters. It appears that the cell also uses small, dynamics nodes where informations about apparently unconnected major pathways are evaluated. Not only these informations are locally integrated but also a decision is made for immediate action. This is exemplified here by the insulin receptor (IR). This receptor-tyrosine kinase recognizes signals from the outside (circulating insulin) and engages insulin signalling activity and the insulin response. Quite simultaneously, the insulin receptor is involved in insulin internalization and its subsequent degradation in endosomes (clearance of circulating insulin) and thus, it indirectly regulates insulin secretion by the -cells of the endocrine pancreas. The physiological significance of trafficking and the molecular bases of such coordination have received little attention. We constructed hepatic Golgi/endosomes (G/E) network of the internalized IR (IRGEN) and we found substantial heterogeneity within the close environment of IR, with the presence of ATIC, a metabolic enzyme of the de novo purine synthesis pathway, the putative tyrosine phosphatase PTPLAD1, the energy sensor AMPK and ANXA2, a protein involved in endosomes biogenesis and endosomal transport. Our results show that ANXA2 is SUMOylated on an insulin-dependent way at a non-concensus motif of its N-terminal domain. It appears that following insulin stimulation, the proteins ATIC, PTPLAD1, AMPKα associate within seconds with the activated IR and control its tyrosine kinase activity and traffic. We found that PTPLAD1 and AMPKα are rapidly compartmentalised within the plasma membrane (PM) and G/E fractions after insulin stimulation and that ATIC accumulates in the G/E fraction later. By using an in vitro reconstitution system and siRNA–mediated partial knockdown of ATIC and PTPLAD1 in HEK293 cells, we confirmed that ATIC, PTPLAD1 and AMPKα affect IR tyrosine phosphorylation and endocytosis and treatment with AICAR, increased IR endocytosis in cultured cells and in the liver. These results suggest the presence of a new signalling mechanism that senses in the same time adenylate synthesis, cell energy (ATP) and IR activation states and that acts consequently in regulating IR autophosphorylation and endocytosis. The IRGEN may explain the perceived promiscuity that exists between insulin resistance and clearance, as this new signalling node apparently controls both the IR activity and trafficking. The elevated number of common heritable variants associated with type 2 diabetes (T2D) in the actual IRGEN (more than 61 %) favours the idea that the confusing genetic heterogeneity converges however towards few biological mechanisms.

IL-6 spielt eine wichtige Rolle bei der Immunantwort, Entzündung und Hämatopoese. Das Glykoprotein 130 (gp130) wird ubiquitär exprimiert und bildet als Dimer die signaltransduzierende Rezeptoreinheit für das IL-6 Signal. Die biologische Wirkung des IL-6 ist abhängig von der Dauer und Stärke des induzierten Signals. Die gp130 Rezeptorexpression stellt einen bedeutenden Faktor zur Beeinflussung des IL-6 Signals dar. Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchte gp130LLAA Maus weist eine Punktmutation im gp130 Rezeptor auf, bei der das Dileucin-Motiv (L874, L785) im zytoplasmatischen Bereich von gp130 zu Dialanin verändert wurde. Für die Endozytose ist das intrazelluläre Dileucin-Motiv erforderlich, da das Adapterprotein AP-2 an dieses Motiv bindet und dadurch den Transport mittels Clathrin-umhüllter Vesikel begünstigt. Die beschriebene Punktmutation hat zur Folge, dass die veränderte Form von gp130 resistent gegenüber der Liganden- und crosstalk-vermittelten Endozytose ist. Da IL-6 generell eine wichtige Rolle bei der Differenzierung hämatopoetischer Zellen spielt, so auch bei T- und B-Zellen, wurde der Einfluss der gp130LLAA Mutation auf die Homöostase dieser lymphoiden Zellen untersucht. Für die Versuche wurden sowohl B- und T-Zellen und jeweilige Subpopulationen aus der Milz von WT Mäusen und gp130LLAA Mäusen untersucht. / IL-6 plays an important role in immune response, inflammation and hematopoiesis. Glycoprotein 130 (gp130) is ubiquitously expressed and forms the signal transducing receptor moiety for IL-6 signaling as a dimer. The biological effect of IL-6 is dependent on the duration and strength of the induced signal. The gp130 receptor expression represents a significant factor influencing the IL-6 signal. The gp130LLAA mouse studied in this work has a point mutation in the gp130 receptor in which the dileucine motif (L874, L785) in the cytoplasmic region of gp130 has been changed to dialanine. The intracellular dileucine motif is required for endocytosis because the adaptor protein AP-2 binds to this motif, thereby promoting transport by clathrin-coated vesicles. The described point mutation results in the altered form of gp130 being resistant to ligand- and crosstalk-mediated endocytosis. Because IL-6 generally plays an important role in the differentiation of hematopoietic cells, including T and B cells, the effect of the gp130LLAA mutation on the homeostasis of these lymphoid cells was investigated. For the experiments, both B and T cells and respective subpopulations from the spleens of WT mice and gp130LLAA mice were examined.

Les récepteurs B₂ (RB₂) sont impliqués dans une multitude de réponses cellulaires notamment reliées à l’inflammation. Les RB₂ font partie du système kallikréine-kinine qui est en relation directe avec les composantes du système rénine-angiotensine. Une des composantes de ce dernier est l’enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA) qui métabolise la bradykinine (BK) et la rend inactive. Un premier volet des travaux visait à étudier et caractériser de nouveaux agonistes du RB₂ qui sont prolongés en amino-terminal (N-terminal) ou conjugués à un épitope myc. Ces constructions révèlent de nouveaux outils d’imagerie cellulaire et permettent d’entrevoir la possibilité de pouvoir larguer un médicament conjugué aux ligands endogènes. Dans une seconde partie des travaux, un des agonistes prolongés en N-terminal, la cétirizine-ε-aminocaproyl-BK (CTZ-εACA-BK) et un peptide produit par le neutrophile humain (Met-Lys-BK-Ser-Ser) sont employés pour mettre à l’épreuve l’étendue du catabolisme de l’ECA. Seule Met-Lys-BK-Ser-Ser s’est révélée être un substrat fonctionnel de l’ECA.

Extracellular signals are translated and amplified via cascades of serially switched protein kinases, MAP kinases (MAPKs). One of the MAP pathways, the classical RAS/RAF/MEK/ERK pathway, transduces signals from receptor tyrosine kinases and plays a central role in regulation of cell proliferation. RAF kinases (A-, B- and C-RAF) function atop of this cascade and convert signals emanating from conformational change of RAS GTPases into their kinase activity, which in turn phosphorylates their immediate substrate, MEK. Disregulated kinase activity of RAF can result in tumor formation, as documented for many types of cancer, predominantly melanomas and thyroid carcinomas (B-RAF). A-RAF is the least characterized RAF, possibly due to its low intrinsic kinase activity and comparatively mild phenotype of A-RAF knockout mice. Nevertheless, the unique phenotype of araf -/- mice, showed predominantly neurological abnormalities such as cerebellum disorders, suggesting that A-RAF participates in a specific process not complemented by activities of B- and CRAF. Here we describe the role of A-RAF in membrane trafficking and identify its function in a specific step of endocytosis. This work led to the discovery of a C-terminally truncated version of A-RAF, AR149 that strongly interfered with cell growth and polarization in yeast and with endocytosis and actin polymerization in mammalian cells. As this work was in progress two splicing isoforms of ARAF, termed DA-RAF1 and DA-RAF2 were described that act as natural inhibitors of RAS-ERK signaling during myogenic differentiation (Yokoyama et al., 2007). DA-RAF2 contains the first 153 aa of A-RAF and thus is nearly identical with AR149. AR149 localized specifically to the recycling endosomal compartments as confirmed by colocalization and coimmunoprecipitation with ARF6. Expression of AR149 interferes with recycling of endocytosed transferrin (Tfn) and with actin polymerization. The endocytic compartment, where internalized Tfn is trapped, was identified as ARF6- and RAB11- positive endocytic vesicles. We conclude that the inhibition of Tfn trafficking in the absence of A-RAF or under overexpression of AR149 occurs between tubular- and TGNassociated recycling endosomal compartments. siRNA-mediated depletion of endogenous A-RAF or inhibition of MEK by U0126 mimic the AR149 overexpression phenotype, supporting a role of ARAF regulated ERK signalling at endosomes that is controlled by AR149 and targets ARF6. Our data additionally suggest EFA6 as a partner of A-RAF during activation of ARF6. The novel findings on the A-RAF localization and the interaction with ARF6 have led to a new model of ARAF function were A-RAF via activation of ARF6 controls the recycling of endocytic vesicles.Endocytosis and rapid recycling of synaptic vesicles is critically important for the physiological function of neurons. The finding, that A-RAF regulates endocytic recycling open a new perspective for investigation of the role of A-RAF in the nervous system. / Extrazelluläre Signale werden über eine Serie von nacheinander geschalteten Proteinkinasen, den MAP-Kinasen (MAPK) weitergeleitet und multipliziert. Einer der MAPK-Signalwege, der RAS/RAF/MEK/ERK-Signaltransduktionsweg, leitet Signale von Tyrosinkinaserezeptoren weiter und spielt eine zentralle Role in der Regulation der Zellproliferation. RAF Kinasen (A-, B-, und CRAF) stehen am Anfang der Kaskade. Sie wandeln die signalbedingte strukturellen Änderungen der RAS-GTPase in ihre Kinaseaktivität um und phosphorylieren ihr direktes Substrat, MEK. Eine Störung in der Regulation der Kinaseaktivität des RAF-Proteins kann zur Tumorbildung führen, wie es bei vielen Krebsarten, vor allem Melanom und Schilddrüsenkarzinom (B-RAF), dokumentiert ist. A-RAF ist die bislang am wenigsten charakterisierte RAF-Kinase, möglicherweise aufgrund sihrer nidrigen intrinsischen Kinaseaktivität. Weiterhin weist die A-RAF defficiente Maus einen relativ milden hauptsächlich neuronalen Phänotyp auf, der sich unter anderem auch in einer Fehlfunktion des Cerebellums manifestiert. Dieser einzigartige Phänotyp weist darauf hin, dass eine Reihe zellulärer Prozesse spezifisch durch A-RAF und nicht durch aktiveren B- und C-RAF vermittellt wird. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Rolle des A-RAF-Proteins im intrazellulären Membrantransport analysiert und eine spezifische A-RAF Funktion by endozytotischen Prozessen identifiziert. Diese Arbeit führte zur Entdeckung einer C-terminal verkürtzten Form von A-RAF, AR149, welche das Wachstum und die Polarisation von Hefezellen beeinträchtigt. In Säugetierzellen wirkt AR149 störend auf die Endozytose und die Aktinpolymerisation. Während des Entstehungsprozesses dieser Studie, wurden parallel zwei Spleißisoformen des A-RAF-Proteins, DARAF1 und 2, publiziert, die als natürliche Inhibitoren des RAS-RAF-MEK-ERK-Signalwegs in der myogenen Differenzierung agieren (Yokoyama et al., 2007). DA-RAF2 beinhaltet die ersten 153 Aminosäuren des A-RAF Proteines und ist damit fast identisch mit AR149. Eigene Kolokalisierungund Koimmunopräzipitationsexperimente mit ARF6 weisen darauf hin, dass AR149 spezifisch in ARF6-positiven Recycling-Endosomen lokalisiert ist. Expression des AR149 Proteins bechindert das Recycling von endozytiertem Transferrin und die Aktin Polimerisation. Die endosomalen Kompartimente in denen internalisiertes Transferrin gefangen vor liegt, konntenals ARF6- und RAB11-positive endozytotische Vesikeln characterisiert werden. Diese Ergebnisse lassen auf eine durch A-RAF Überexpression bzw. durch die Abwesenheit an A-RAF vermittelte Blokade des intrazellulären Transferrintransportes zwischen den tubulären- und Trans-Golgi-Netzwerk-assoziirten endosomalen Recycling-Kompartimenten schließen. Inhibierung der endogenen A-RAF-Expression durch siRNA oder Hemmung der MEK-Aktivität durch U0126 haben den selben Effekt wie AR149. Auf der Basis dieser Ergebnisse wird ein neues Modell für die Rolle der A-RAF regulierten ERK Signallwirkung auf Endosomen vorgestellt, bei dem das Zielprotein die ARF6 GTPase durch 3 AR149/DA-RAF2 negativ reguliert wird. Daruber hinaus deuten unsere Daten darauf hin, dass EFA6, ein GEF-Faktor von ARF6, als Kooperationspartner von A-RAF bei der ARF6-Aktivierung fungiert. Endocytose und das schnelle Recycling von synaptischen Vesikeln ist von besonderer Bedeutung für die Funktion von Neuronen. Aus dem Befund, dass A-RAF ein Regulator des endocytotischen Recyclings ist ergibt sich dacher eine neue Perspektieve für die Untersuchung der A-RAF Funktion im Nervensystem.

Notre travail concerne la transfection génique. Celle-ci nécessite l'envoi au noyau cellulaire d'ADN exogène, c’est-à-dire, d'une grosse molécule hydrophile, qui, normalement ne peut pénétrer dans la cellule que par endocytose. Or, un tel processus conduit habituellement à une dégradation de la molécule, en grande partie dans les lysosomes. Dans notre introduction, après un bref rappel sur l'endocytose, nous présenterons les moyens qui permettent à l'ADN exogène d'échapper à une hydrolyse intracellulaire et d'atteindre le noyau sous une forme fonctionnelle. Les résultats que nous avons présentés nous apportent des informations sur l’influence de l’injection hydrodynamique sur l’endocytose par le foie. Rappelons que notre travail avait deux buts principaux : contribuer à l’élucidation du mécanisme de la transfection hydrodynamique et rechercher si l’injection hydrodynamique pouvait présenter des avantages pour introduire des protéines dans les cellules hépatiques.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Médecine. Biologie cellulaire et moléculaire : Nantes : 2009. / Bibliogr.

Techn. Hochsch., Diss., 2003--Aachen.

Le PI(4,5)P2 est un des principaux régulateurs de la dynamique de l'actine. Entre autres, ce lipide active de multiples complexes impliqués directement dans la polymérisation de l'actine. Comprendre comment est régulée la concentration locale de PI(4,5)P2 dans le temps et l'espace est à cet égard un enjeu biologique important. L'hydrolyse du PI(4,5)P2 est cruciale pour le trafic endosomal et dépend essentiellement de la phosphatase OCRL dans les cellules non-neuronales. Cependant, le mécanisme qui permet le recrutement de cette enzyme sur les vésicules recouvertes de clathrine, précisément après leur scission de la membrane plasmique, est encore méconnu. Nous avons montré que la GTPase Rab35 recrute directement la phosphatase OCRL immédiatement après la scission de la vésicule recouverte de clathrine. De plus, la déplétion de Rab35 ou d'OCRL entraîne l'accumulation de récepteurs internalisés, tels que le CI-MPR, sur des endosomes à la périphérie de la cellule. Ces endosomes, alors anormalement associés à la clathrine, présentent également une accumulation de protéines liées au PI(4,5)P2 (telles que AP-2) ou à l'actine (telles que cortactine ou Arp2/3). Nous avons par ailleurs observé que le recrutement de Rab35 sur les vésicules recouvertes de clathrine suit rapidement le recrutement de DENND1A, la protéine GEF de Rab35 et la disparition d'EPI64B, la GAP de Rab35. Nos résultats montrent que l'activation spatiale et temporelle précise de la GTPase Rab35 déclenche le recrutement de la protéine OCRL sur les endosomes nouvellement formés pour contrôler les niveaux de PI(4,5)P2 et d'actine, et permettre un trafic intracellulaire normal à partir de ces endosomes. / PI(4,5)P2 is one of the major regulators of actin dynamics. This lipid activates numerous complexes that are directly involved in actin polymerisation. Therefore, it is a major biological issue to understand how the local concentration of PI(4,5)P2 is regulated in time and space. The hydrolysis of PI(4,5)P2 is crucial for endosomal trafficking and principally depends on the phosphatase OCRL in non-neuronal cells. However, this enzyme is recruited on clathrin-coated vesicles right after their separation from the plasma membrane but the underlying mechanism remained unanswered so far. During my thesis, I have shown that the GTPase Rab35 recruits a phosphatase, OCRL, straight after the separation of the clathrin-coated vesicle from the plasma membrane. The depletion of Rab35 or OCRL leads to an accumulation of internalised receptors such as CI-MPR on peripheral endosomes. These endosomes are abnormally associated with clathrin and also present an accumulation of proteins linked to PI(4,5)P2 (such as AP-2) or to actin (such as cortactin or Arp2/3). Moreover, we observed that the recruitment of Rab35 on clathrin-coated vesicles quickly follows the recruitment of DENND1A, the GEF of Rab35, and the disappearance of EPI64B, the GAP of Rab35. Our results reveal that the precise spatial and temporal activation of GTPase Rab35 triggers the recruitment of the protein OCRL on newly formed endosomes to control the levels of PI(4,5)P2 and actin thus enabling normal intracellular trafficking from these endosomes.

La voie NOTCH est activée de manière aberrante dans de nombreux cancers. Son activation implique la liaison d’un récepteur transmembranaire NOTCH à son ligand, engendrant une série de clivages qui libèrent le domaine intracellulaire de NOTCH appelé NIC. Ce dernier transloque au noyau, s’associe à ses partenaires transcriptionnels MAML1 et CSL pour réguler l’expression génique. À prime abord, la signalisation NOTCH apparaît donc simple. Cependant, il existe certainement des mécanismes de régulation précis encore mal connus à ce jour qui permettent de réguler finement cette voie de signalisation. Bien que des études montrent que NOTCH1 est constamment internalisé, l’activation de NOTCH1 au niveau des endosomes est controversée chez les mammifères. Nous n’avons pas pu déterminer clairement si l’activation de NOTCH1 pouvait se réaliser au niveau des endosomes. Néanmoins, nous avons observé que l’inhibition de l’endocytose réduit les niveaux d’expression de NIC1 suggérant une contribution des processus endocytiques dans la régulation de NOTCH1/NIC1. De plus, nous avons découvert qu’une forme de NIC1 non phosphorylée est rapidement dégradée dans le lysosome tandis qu’une forme de NIC1 hautement phosphorylée est dégradée par le protéasome. Les mécanismes de régulation de NIC1, une fois libéré, étant peu connus, une équipe avait généré des souris transgéniques ROSANic1. Cependant, nous avons remarqué que ce Nic1 était tronqué d’une grande partie de son domaine C-terminal. Nous avons donc généré une version humaine de NIC1 similaire au Nic1 des souris ROSANic1, nommé NIC1dC. Nous avons observé que NIC1dC est beaucoup plus stable que NIC1 et qu’il n’est plus dégradé par le protéasome. Cependant, nos résultats montrent qu’une plus grande stabilité de NIC1dC ne confère ni un plus fort pouvoir transcriptionnel à NIC1dC vs. NIC1 ni une plus grande capacité aux cellules de croître en indépendance d’ancrage comparativement aux cellules qui expriment NIC1. Nos analyses de spectrométrie de masse montrent que les partenaires d’interaction de NIC1dC sont différents de NIC1. Finalement, nos résultats démontrent que la délétion du domaine C-terminal de NIC1 augmente la stabilité de son partenaire transcriptionnel MAML1 et prévient sa phosphorylation. Dans leur ensemble, notre étude montre que la signalisation induite par NIC1dC ne phénocopie pas celle de NIC1 et suggère que le domaine C-terminal de NIC1 est important pour récapituler la durée et l’amplitude du signal NOTCH1 afin de médier des réponses cellulaires appropriées.