La protéine FADD (Fas associated death domain) est l’adaptateur clé de la voie de signalisation apoptotique dépendante des récepteurs de mort de la famille du TNF (tumor necrosis factor). Au cours des dix dernières années, il est apparu évident qu’au-delà de son rôle majeur dans la mort cellulaire, FADD est impliqué dans d’autres processus biologiques comme le développement embryonnaire, la réponse immunitaire innée ou encore la progression du cycle cellulaire. De même, il est devenu clair que la localisation subcellulaire de FADD est déterminante pour sa fonction. Identifier les voies de régulation de l’expression de la protéine est donc d’une importance capitale. En 2008, notre équipe a mis en évidence, dans un modèle murin de la thyroϊde, un nouveau mécanisme de régulation de l’expression de la protéine via la sécrétion. En parallèle, le laboratoire a rapporté que la présence de FADD dans le sérum de patients cancéreux était corrélée à l’agressivité des tumeurs et l’inflammation. (Tourneur et al, 2012). L’objectif de ce travail de thèse était de comprendre le mécanisme par lequel FADD était sécrété, et de déterminer, le cas échéant, les modalités de sa régulation. Un troisième objectif est apparu au cours de la thèse : identifier de nouveaux modes de régulation de l’expression de FADD. Au moyen d’une lignée modèle humaine, nous avons montré que l’expression de la protéine humaine pouvait être régulée via une voie non-conventionnelle de sécrétion, tout comme dans le modèle murin. En parallèle de la caractérisation de cette sécrétion, nous avons montré que celle-ci pouvait être régulée par la kinase anti-apoptotique CK2 (casein kinase 2). Enfin, nous montrons que la CK2 régule la localisation nucléaire de FADD via une phosphorylation dépendante de la sous-unité régulatrice de la kinase et que la CK2 pourrait interagir directement avec FADD. Ces résultats constituent la première démonstration de la régulation de FADD par sécrétion par des cellules humaines et les premiers à rapporter un nouveau mode de régulation de la localisation subcellulaire de FADD par la CK2. Les conséquences de ces résultats en regard des fonctions connus de FADD sont discutées / The FADD protein (Fas associated death domain) is the key adaptor molecule of the apoptotic signaling pathway triggered by death receptors of the TNF (Tumor necrosis factor) superfamily. During the last decade, it became obvious that, in addition to its major role in cell death, the protein was also involved in other biological processes like the embryonic development, the immune response or even cell cycle progression. Evidence also showed that the protein sub-cellular localization was a key determinant to its functions. Therefore, the identification of underlying regulatory mechanisms dictating FADD expression was of significant importance. In 2008 our laboratory identified, in a thyroid murine model, a new mechanism controlling FADD expression, namely via secretion. We discovered that the loss of FADD expression from tumor cells, by secretion, could be correlated to cancer aggressiveness as well as inflammation (Tourneur 2012). The goal of this thesis work was to apprehend the mechanism by which FADD was secreted and determine, in that case, the modalities of this regulation. A third objective of this work was to identify new potential regulatory pathways of FADD expression. By means of a human cell line model, we showed that, similarly to the mouse model, the expression of human FADD could be regulated via unconventional secretion. In parallel to the characterization of the secretory process itself, we demonstrated that secretion could be negatively regulated by the anti-apoptotic kinase CK2 (casein kinase 2). Finally, we showed that CK2 could regulate FADD nuclear localization via a regulatory sub-unit-dependent phosphorylation and that FADD and CK2 could directly interact. These results are the first to demonstrate that human FADD expression could be regulated via secretion and that FADD sub-cellular localization could be modulated by CK2. The consequences of such regulation with regards to known FADD functions are discussed

Rapid production of type I Interferon is pivotal to initiate cellular antiviral host defense and adaptive immunity. In order to facilitate innate immune processes, a cell harbors pattern recognition receptors (PRRs) which sense distinctive forms of pathogen associated molecular patterns (PAMPs). For example, Toll like receptors (TLRs) and RIG-I like receptors (RLRs) were discovered as PRRs for pathogen derived molecules and the production of type I Interferon (IFN). To induce type I IFN, several transcription factors such as nuclear factor-kappaB (NF-ĸB), interferon regulatory factor 3 (IRF3), interferon regulatory factor 7 (IRF7), and activating protein-1 (AP-1) need to be stimulated through the specific signaling adaptors. Among them, our lab is interesting in the death domain (DD) containing proteins Receptor interacting kinase1 (RIP1) and Fas-associated death domain protein (FADD), which we showed were important for innate signaling processes. RIP1 and FADD were initially identified as Fas and TNFR interacting proteins which were involved in death receptor mediated apoptosis. Aside from apopotic function, recent publications indicate that RIP1 and FADD mediate cell survival, proliferation, and cytokine production through NF-ĸB activation. Here, we show that RIP1 and FADD are essential for efficient TLR-independent signaling. We report that RIP1 and FADD lacking MEF cells are sensitive to viral cytolysis and also exhibit impaired IFN production against dsRNA virus infection. RIP1 acts as a scaffolding protein for death receptor mediated apoptosis and NF-ĸB activation, necrosis, and innate immunity. As mentioned, we demonstrate that cells lacking RIP1 are sensitive to RNA virus infection. To understand the detailed mechanisms of RIP1 function in innate signaling, we first tested whether RIP1 is involved in RIG-I signaling. We found that RIP1 forms a complex with RIG-I in the presence of dsRNA. Additionally, we showed that RIP1 is required for optimal RIG-I and melanoma differentiation-associated protein 5 (MDA-5) activity. We also find that FADD, a RIP1 interaction protein, is implicated in innate immunity. To study the precise mechanisms of FADD in type I IFN signaling, we generated FADD variants and used luciferase reporter assays to indicate that the FADD death effector domain (DED) is crucial for IFN-β signaling. In order to identify interacting partners of FADD, yeast two hybrid assays were performed and indicated that FADD binds to protein inhibitor of activated STAT (PIAS1), part of the SUMO machinery. SUMOylation is a reversible post-translational modification of a protein by SUMO, a 100 amino acid protein. The consequence of SUMOylation alters specific proteins’ function by affecting activity, localization, stability or influencing molecular interactions by interfering with or linking to a target protein. To confirm FADD-PIAS interactions, we conducted in-vitro SUMOylation assays by using Ubc9 conjugated FADD and found possible FADD SUMOylation sites. We also discovered that FADD and SUMO are co-localized in the nucleus. This result reveals that FADD undergoes SUMOylations and its modification might regulate FADD’s function, including role in innate signaling. Furthermore, we report here that HTLV-1 Tax protein interacts with RIP1 and inhibits IFN-β inducing signaling by abrogating RIP1 and IRF7 interaction. This implies that RIP1 is involved in the regulation of IRF7 and is essential for IFN-β production. Collectively, our data demonstrate the significance of RIP1 and FADD in dsRNA recognition pathways in mammalian cells that are essential for the optimal induction of type I IFNs and other innate genes important for host defense.

La mort cellulaire programmée ou apoptose est un mécanisme conservé chez les eucaryotes multicellulaires qui contribue au développement embryonnaire et à l'homéostasie cellulaire des organismes. Dans les cellules vivantes, l'activité des protéases qui exécutent le programme de mort cellulaire, les caspases, est contrôlée par des signaux de survie provenant de l'environnement cellulaire. Les caspases initiatrices de l'apoptose régulée par l'environnement, la caspase 9 et la caspase 8 sont activées respectivement par l'apoptosome et par les récepteurs de mort. Les signaux environnementaux, parmi lesquels le contact avec la matrice extracellulaire ou la présence de facteurs de croissance, activent des voies de signalisation contrôlant la machinerie de mort cellulaire. La voie des MAPK1/3 est une voie de signalisation contrôlée par le proto-oncogènes Ras et comportant les kinases Raf, MEK1/2 et MAPK1/3 (ERK2/1 ou p42/p44). La voie des MAPK1/3, qui est impliquée dans la prolifération et la différentiation cellulaire, joue un rôle essentiel dans la survie cellulaire. L'objectif de cette thèse a été de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la mort cellulaire par la voie des MAPK1/3. Ce travail est basé sur l'utilisation d'une forme active et inductible de la kinase Raf-1 (DRaf-1:ER) dont l'activation forte et prolongée correspond à une induction pathologique de la voie des MAPK1/3. Nous avons montré que, selon le type cellulaire, l'activation de deltaRaf-1:ER favorise la survie ou la mort cellulaire. Dans les cellules fibroblastiques CCL39, l'activation de deltaRaf-1:ER protège de la mort cellulaire mitochondriale induite par la privation en sérum du milieu de culture. Dans ces conditions, nous avons montré que la stimulation de Raf-1 :ER bloque l'activation de la caspase-9 mais n'empêche pas la délocalisation du cytochrome c, la multimérisation d'APAF1 ni le recrutement de la procaspase 9 dans l'apoptosome. Ce mécanisme post mitochondrial de protection contre la mort cellulaire dépend de la néo-synthèse des protéines et nécessite une activité continue de la kinase MEK. A l'inverse, dans les cellules HEK 293 issues de rein embryonnaire et présentant des caractéristiques neuronales, nous avons montré que l'activation soutenue de la voie des MAPK1/3 par DRaf1-ER induit une mort cellulaire massive. Celle-ci est caractérisée par l'activation des caspases et la fragmentation de l'ADN. La mort cellulaire est détectée plus de 24 heures après l'activation de Raf1-ER, elle est maximale à 48h. L'induction de la mort cellulaire ne requière la synthèse protéique que durant la phase précoce d'activation mais nécessite l'activité continue du module MEK/MAPK. La mort cellulaire résulte de l'activation de la caspase 8 et n'implique pas la voie mitochondriale, elle est caractérisée par une vacuolisation importante du cytoplasme des cellules qui l'apparente à une forme particulière d'apoptose. L'inactivation des fonctions du récepteur fas et de son adaptateur FADD indique que le processus d'activation de la caspase 8 est indépendant de la voie des récepteurs de mort. L'ensemble de ces travaux apporte des connaissances nouvelles sur le contrôle de la mort cellulaire par la voie Raf/MAPK1/3. Nous avons montré que la voie de signalisation peut, selon le contexte cellulaire, favoriser la survie cellulaire ou induire la mort. Dans les deux cas, le contrôle de la mort cellulaire dépend à la fois de la synthèse protéique et de mécanismes post-traductionnels. Les mécanismes moléculaires affectés par l'activation prolongée des MAPK1/3 seraient impliqués aussi bien dans la résistance des cellules tumorales aux traitements proapoptotiques que dans le développement des maladies neurodégénératives.

Human pathogens survive anti-pathogen host immune assault by either circumventing or evading the host immune response. Bartonella henselae, an intracellular pathogen previously shown to disrupt intrinsic apoptotic messengers to enhance its survival, exploits multiple facets of the cellular apoptotic mechanisms. Cellular pathways affected by apoptotic processes were assessed using real-time reverse-transcriptase-polymerase-chain-reaction (rRT-PCR) to measure the effect of B. henselae on cell regulator gene expression (TRADD, FADD, caspase-8 and caspase-3), caspase activity, DNA cell cycle analysis, cell regulator protein expression and overall cell viability and morphology. The presence of B. henselae suppresses overall gene expression for TRADD and FADD and it dramatically suppresses ceramide-induced TRADD and FADD gene expression. The presence of B. henselae has a noticeable effect on ceramide-induced caspase-8 and caspase-3 gene expression. Only caspase-3 enzymatic activity was ceramide-induced and likewise supressed by the presence of B. henselae, whereas caspase-6 and caspase-8 were unaffected and equivalent to controls. The presence of B. henselae inhibits ceramide-induced DNA fragmentation, maintains overall cell morphology and enhances host cell viability. Lastly, B. henselae inhibits the time-dependant ceramide-induction of TRADD protein and suppresses ubiquitous FADD protein expression. We demonstrated that B. henselae inhibits apoptotic induction in a systematic manner following exogenous apoptotic induction. B. henselae protection of microvascular endothelial cells from apoptosis induction begins at the modulation of cell surface receptor-dependent signaling. B. henselae minimizes, but does not completely abrogate, the cytotoxic effect of the apoptogenic shingolipid ceramide on human microvascular endothelial cells (CDC.EU.HMEC-1). Broadening our understanding of the sequence of cell regulator suppression events by intracellular pathogens will provide insight into disease manifestation. Further, understanding how infected cells initiate and conclude apoptosis will open new avenues into the study of disease treatment.

Thesis (Ph. D.)--University of Alabama at Birmingham, 2008. / Title from first page of PDF file (viewed Sept. 19, 2008). Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2006. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 71-91).

Opiates have been shown to inhibit cell growth and trigger apoptosis, but the underlying molecular mechanisms remain unclear. We have previously shown that morphine induces Fas expression and promotes Fas-mediated apoptosis. Here, we investigated the mechanisms by which morphine modulates apoptosis in human Jurkat cells. Morphine-induced apoptosis was inhibited by transfection with a dominant negative Fas-associated death domain (FADD) plasmid, revealing that morphine-induced apoptosis is dependent on FADD. Furthermore, suppression of endogenous p53 expression by RNA interference technology considerably attenuated the morphine-induced apoptosis. In addition, morphine-induced apoptosis seems to be dependent on the activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), as PI3K inhibition by the PI3K inhibitor LY294002 significantly enhanced morphine-induced apoptosis. Moreover, inhibition of Akt or nuclear factor-kappaB (NF-κB) expression by RNA interference technology also dramatically increased morphine-induced apoptosis. Our study thus demonstrates that morphine induces Jurkat cell apoptosis through FADD/p53, anti-apoptotic PI3K/Akt and NF-κB pathways.

L’asplénie ou l’absence de la rate peut être congénitale, c’est- à -dire absente dès la naissance, ou bien acquise, par exemple lors d’une opération après un accident. L’asplénie congénitale est le plus souvent associée à d’autres problèmes développementaux. En particulier l’asplénie congénitale est associée à des problèmes de développement du cœur, dans le cadre des syndromes d’hétérotaxie. Ces syndromes d’hétérotaxie sont caractérisés par des problèmes de latéralité droite-gauche. Ainsi une personne ayant deux parties ‘droites’ n’aura pas de rate. A contrario, l’asplénie congénitale isolée est caractérisée par l’absence de rate et aucune autre malformation. L’asplénie congénitale isolée est une maladie très rare. Nous avons estimé la fréquence de la maladie à un cas pour un million de naissances. C’est aussi une maladie extrêmement mortelle. La grande majorité des patients ayant une asplénie congénitale isolée souffrent d’infections bactériennes sévères lors de l’enfance et la moitie des cas reportés sont décédés dus à une infection bactérienne, le plus souvent du à une infection par Streptococcus pneumoniae. Malgré la sévérité de cette maladie, celle-ci reste très peu connue et très peu étudiée. Ainsi le diagnostique est souvent trop tardif. Parmi les quelques dizaines de cas décrits dans la littérature, la moitié sont des cas familiaux avec plusieurs membres de la même famille affectée. Le mode de transmission semble être autosomique dominant dans la majorité des cas. En outre aucune preuve n’existe concernant un facteur environnemental pour cette maladie. Enfin des travaux récents ont montrés que l’absence de pancréas chez l’homme était une maladie génétique, et due à des mutations dans le gène GATA6 chez la moitié des patients. L’objectif de cette thèse est donc de déterminer l’origine génétique de l’asplénie congénitale isolée chez l’homme. J’ai fait l’hypothèse que l’asplénie congénitale isolée chez l’homme est due à des mutations mendéliennes dans un gène important pour le développement de la rate. Afin de tester notre hypothèse nous avons recruté des patients à travers des collaborations avec des médecins étrangers ainsi qu’un partenariat avec toutes les unités pédiatriques de France. Nous avons finalement pu recruter 37 patients appartenant à 24 familles différentes. La littérature sur le développement de la rate chez la souris et encore plus sur l’homme étant minimale, il était difficile d’identifier de bons gènes candidats pour être responsables de l’asplénie. Nous avons donc opté pour une stratégie portant sur le génome entier, sans biais lier a la littérature. La stratégie était d’utiliser le séquençage de l’exome de tous les patients. Le séquençage de l’exome est en fait le séquençage de tous les exons du génome, ou au moins 90% des exons du génome. La technique du séquençage de l’exome est arrivée à la fin de l’année 2009 et nous avons été un des premiers laboratoires à l’utiliser. Il fallait donc que nous l’essayons en premier sur un cas facile afin de vérifier que cette technique fonctionnait. Nous avons donc fait une étude préliminaire sur un cas ‘facile’. Par cas facile, il faut comprendre un cas où la probabilité que ce soit une mutation mendélienne dans un gène qui soit responsable de la maladie soit la plus forte possible, et où le nombre de gènes à regarder soit le plus faible possible. Un cas ‘facile’ est donc le cas d’une famille avec de nombreux patients, et de surcroit une famille consanguine. Dans le cas d’une famille consanguine la probabilité que ce soit une mutation récessive qui soit responsable de la maladie génétique est très importante. On peut alors se restreindre à analyser les régions du génome ou toutes les variations sont homozygotes. Nous avions une famille dans ce cas. Il y avait 4 patients dans cette famille souffrant d’infections bactériennes sévères dues à une asplenie fonctionnelle, ainsi que d’infections virales / Isolated congenital asplenia (ICA) is a rare primary immunodeficiency, first described in 1956, thattypically manifests in childhood with sudden, life-threatening, invasive bacterial disease. Patients withICA do not display any other overt developmental anomalies. The genetic etiology of ICA has remainedelusive. I hypothesized that ICA results from single-gene inborn errors of spleen development. I aimedto decipher the molecular genetic basis of ICA by pursuing a genome-wide approach, based on thesequencing of the whole-exome and the detection of copy number variations in all patients of ourcohort. I found that heterozygous mutations in RPSA, ribosomal protein SA, were present in more thanhalf of ICA patients (19/33). I then showed that haploinsufficiency of RPSA led to ICA in one kindredat least. RPSA is a protein involved in pre-rRNA processing and is an integral part of the ribosome. Thechallenge is, now, to understand the pathogenesis of the disease. How does a mutation in a ubiquitousand highly expressed gene lead to a spleen specific phenotype? This discovery will set the basis for abroader understanding of the development of the spleen in humans and the function of a ribosomalprotein. This discovery will also be beneficial to the families of patients with ICA, guiding geneticcounseling. It will lead to prevention of infections in newborns with mutations in RPSA. Finally themethod we used to analyze the exomes of the ICA cohort will be useful to discover the genetic etiologyof other genetic diseases.