Cellular Inhibitor of Apoptosis Protein 1 (cIAP1) de la famille des IAP (Inhibitor of ApoptosisProtein) est un oncogène à activité E3-ubiquitine ligase. Notre équipe s’intéresse aux processus de différenciation des cellules hématopoïétique. cIAP1 est localisée dans le noyau des précurseurs hématopoïétiques exprimant le marqueur CD34. Lors de leur différenciationnotamment en macrophages ou en cellules dendritiques, cIAP1 est exclue du noyau. L’objectif de ma thèse a été de caractériser de nouvelles fonctions nucléaires et cytoplasmiques de cIAP1. Mes résultats ont contribués à mettre en évidence une fonction nucléaire de cIAP1 dans la régulation du cycle cellulaire via le contrôle du facteur de transcription E2F1. Dans le cytoplasme, cIAP1 est un régulateur de l’activation de la signalisation NF-kB et TNF-α. cIAP1 est un déterminant de la réponse des cellules au TNF-a, favorisant l’activation de NF-kB aux dépens de la mort cellulaire. Le TNF-α est aussi capable de moduler le cytosquelette d’actine et les propriétés morphologiques et migratoires des cellules. Dans les fibroblastes, il induit la formation de fines protrusions membranaires riches en actine appelées filipodes. Mes travaux ont montrés que cIAP1, associée à son partenaire historique TRAF2, régule la formation de ces filipodes. Elle est capable d’interagirdirectement avec la RhoGTPase Cdc42 et de contrôler son activation après un traitement par le TNF- α, mais aussi EGF. De plus, cIAP1 régule aussi la polarisation de l’appareil de Golgi, une fonction spécifiquement attribuée à Cdc42. Cette nouvelle fonction de cIAP1 dans le contrôle de Cdc42 pourrait contribuer aux propriétés oncogéniques de cIAP1 / Cellular Inhibitor of Apoptosis Protein 1 (cIAP1), a IAP family member (Inhibitor of ApoptosisProtein) is an E3 ubiquitin ligase which displays oncogenic properties. The research project of our team is focused on hematopoietic differentiation. cIAP1 is localized in the nucleus of hematopoietic precursors CD34+, and is excluded to the cytoplasm along macrophage and dendritic cell differentiation. The aim of my thesis was to characterize new nuclear and cytoplasmic fonctions of cIAP1. I have contributed to identify a nuclear function of cIAP1 in the regulation of cell cycle through a control of E2F1 transcription factor. In the cytoplasm, cIAP1 is a well-known modulator of NF-kB and TNF-α signaling pathway. It can determine the response of cells to TNF-α, through stimuling the canonical activation of NF-kB and inhibiting cell death. TNF-α can also promote cytoskeleton remodeling which determine morphogenetic properties including morphology or motility. My results suggest a role for cIAP1, when associated its partner TRAF2, in the control of actin rich protrusions called filipodia upon TNF-α stimulation. cIAP1 can interact and control Cdc42 activation, a member of Rho GTPases protein family. cIAP1/TRAF2 appears to control other process controlled by Cdc42 including, filipodia formation in response to EGF, or Golgi polarization. This function of cIAP1 in the control of Cdc42 could contribute to cIAP1 oncogenic properties

La protéine cIAP1 (cellular Inhibitor of Apoptosis Protein-1) de la famille des IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) est un oncogène avec une activité E3 ubiquitine ligase. Au cours de la différenciation de nombreux modèles cellulaires (macrophages, cellules dendritiques, cellules épithéliales du colon, cellules souches hématopoïetiques, cardiomyocytes), cIAP1 sort du noyau pour se relocaliser dans le cytoplasme, cette relocalisation étant associée à un arrêt de prolifération. La plupart des fonctions connues de cIAP1 sont liées à sa localisation cytoplasmique où il est un régulateur important des voies de signalisation des récepteurs du TNF-a et de NF-?B. Cependant, cIAP1 est principalement exprimée dans le noyau de différents types cellulaires ce qui n’est pas en accord avec son rôle dans la signalisation cellulaire. Mon travail de thèse a permis d’identifier un rôle de cIAP1 dans la prolifération cellulaire. cIAP1 interagit avec le facteur de transcription E2F1 et favorise son recrutement sur les promoteurs des Cycline E et A impliquées dans les transitions G1/S et G2 du cycle cellulaire, ce qui augmente l’expression des transcrits et des protéines de ces deux cibles. Il semblerait que par cette activité, cIAP1 régule la prolifération des cellules et soit important dans l’équilibre entre la prolifération et la différenciation, deux mécanismes cellulaires étroitement liés. Dans un second travail, nous avons montré que cAIP1 est déterminant dans le remodelage du cytosquelette d’actine en réponse au TNF-a. Dans les fibroblastes, le TNF-a induit la formation de fines protrusions membranaires riches en actine appelées filipodes, cette formation étant régulée par cdc42. Mes travaux ont montrés que cIAP1, associé à son partenaire historique TRAF2, régule la formation de ces filipodes. Il est capable d’interagir directement avec la RhoGTPase Cdc42 et de contrôler son activation après un traitement par le TNF- a, mais aussi par l’EGF. De plus, cIAP1 régule également la transformation oncogénique par HRas en augmentant les propriétés invasives et migratoires des cellules. Ces nouvelles fonctions de cIAP1 pourraient contribuer à ses propriétés oncogéniques. / The inhibitor of apoptosis protein cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein-1) from the IAP family (Inhibitor of Apoptosis Protein) is an oncogene with an E3 ubiquitin ligase activity. cIAP1 is relocalized from the nucleus to the cytoplasm during the differentiation of many kind of cellular models (macrophages, dendritic cells, colon epithelial cells, hematopoietic stem cells, cardiomyocytes) and this relocalization is associated with a proliferation arrest. The well-known functions of cIAP1 are associated with its cytoplasmic localization, where it regulates the TNFa receptors and NF-?B signaling pathways. However, cIAP1 is mainly expressed in the nucleus on many cell types which is not in accordance with its cell signalling activity. My work identifies a function of cIAP1 in proliferation regulation. cIAP1 interacts with E2F1 transcription factor and favors its recruitment on Cyclins E and A promoters, both involved in G1/S and G2 phases of the cell cycle, which leads to high level of transcript and protein expression of these two targets. It seems that cIAP1 regulates the cellular proliferation and is important for the balance between proliferation and differentiation, two mechanisms tightly connected in cells. In a second work, we showed that cIAP1 is critical for actin cytoskeleton modification upon TNF-a treatment. In fibroblasts, TNF-a induce filipodia formation, a process regulated by cdc42. Our work showed that cIAP1, when associated with its partner TRAF2, interact and control cdc42 activation, a member of Rho GTPases protein family. We also observed that cIAP1 regulates HRas driven oncogenic transformation and increases the motility and invasiveness of the cells. These new functions of cIAP1 in the control of transcription factor and cell cytoskeleton could be important for its oncogenic properties.

La migration cellulaire joue un rôle essentiel dans le développement des organismes multicellulaires et dans certaines pathologies comme le cancer, où elle permet la formation de métastases. Le trafic vésiculaire est un régulateur clé de la migration cellulaire, notamment en contrôlant la localisation de protéines impliquées dans la migration telles que les intégrines, les cadhérines et les récepteurs transmembranaires. En particulier, notre laboratoire a montré que l'endocytose contrôle l'orientation et la communication cellulaire durant la migration cellulaire collective. Notre hypothèse est que d'autres événements du trafic vésiculaire pourraient aussi être impliqués dans ce type de migration. Ainsi, le but de cette thèse a été de déterminer la fonction des petites GTPases Arf, importantes pour la formation de vésicules et le tri de cargo dans ces vésicules et de leurs régulateurs dans la migration cellulaire collective. Un modèle pour étudier la migration cellulaire collective est les chambres d’œufs de Drosophila melanogaster. En effet, lors de l’ovogénèse, des cellules folliculaires appelées cellules de bordure migrent à travers les cellules nourricières pour atteindre l’ovocyte. Conformément à notre hypothèse, un fort défaut de migration est observé lorsque les Arfs sont déplétées spécifiquement dans les cellules de bordure. De plus, un constat similaire est observé après la déplétion de certains régulateurs des Arfs (ArfGAPs et ArfGEFs). Notamment, nous avons démontré que l’ArfGAP Drongo et sa fonction d'activation de l’activité GTPase sont essentielles pour le détachement initial des cellules de bordure du tissu folliculaire. Drongo promeut le détachement en contrôlant la localisation de la myosine phosphatase afin de réguler l’activité de la myosine II à l’arrière des cellules. De plus, nous avons montré que Drongo agit sur l’Arf de classe III (Arf51F) de manière antagoniste à l’ArfGEF Steppke pour déplacer la myosine phosphatase de l’arrière du groupe de cellules. D’un autre côté, nous avons aussi démontré qu’une autre GAP, ArfGAP1, contrôle la directionnalité de migration. Cette ArfGAP agit potentiellement en régulant la localisation de certains déterminants de la migration tels que l’E-cadhérine et les récepteurs tyrosine kinase. Ainsi, nos recherches ont démontré un rôle essentiel des Arfs ainsi que des rôles spécifiques de deux ArfGAPs dans la migration cellulaire collective. / Cell migration is implicated in various important biological processes, notably it is central for the dissemination of cancer cells. Vesicular trafficking is a key regulator of cell migration, notably by controlling the localisation of proteins involved in migration such as integrins, cadherins and transmembrane receptors. In particular, our laboratory has shown that endocytosis controls orientation and cellular communication during collective cell migration. Our hypothesis is that other events of vesicular trafficking might be implicated in collective cell migration. Thus, the purpose of this thesis was to assess the function of small GTPases Arf, important for vesicle formation and cargo sorting into those vesicles, and their regulators in collective cell migration. A powerful model to study collective cell migration is the migration of follicular cells named border cells during oogenesis in Drosophila melanogaster. Border cells (BCs) detach from the follicle epithelium surrounding the egg chambers and form a small cluster of six to ten cells that migrates invasively between the giant nurse cells that compose the center of the egg chamber, toward the oocyte. Accordingly to our hypothesis, a strong migration defect is observed when the Arfs are depleted specifically in the border cells. Moreover, a similar finding is observed after depletion of some Arfs regulators (ArfGAPs and ArfGEFs). In particular, the ArfGAP Drongo and its GTPase-activating function are essential for the initial detachment of the border cell cluster from the basal lamina. We demonstrated through protein localization and genetic interactions that Drongo controls the localisation of the myosin phosphatase in order to regulate myosin II activity at the back of the cluster and promote border cells detachment. Moreover, we showed that Drongo acts on the class III Arf (Arf51F) antagonistically to the guanine exchange factor Steppke to displace myosin phosphatase from the back of the cluster. On the other hand, we have also demonstrated that the GAP ArfGAP1 controls the directionality of migration. This ArfGAP potentially acts by regulating the localization of certain determinants of migration such as E-cadherin and receptors tyrosine kinase. Thus, our research has demonstrated an essential role for Arfs in collective cell migration and specific contributions of two ArfGAPs in this migration process.

The dopamine signalling pathway has been implicated in the pathophysiology of neuropsychiatric conditions including bipolar disorder and schizophrenia. A detailed analysis of this pathway is essential for understanding these conditions. Previous work (Zhan et al., 2008) has identified eleven novel human dopamine receptor interacting proteins (DRIPs), but their role in cell signalling remains unclear. In this project we have employed a biomedical model, Dictyostelium discoideum, to help elucidate the cellular signalling of two DRIPs, the Zizimin GEF (DRIP2) and MARK (DRIP9) proteins. Bioinformatics analysis of these proteins shows conservation of the domain structure in the human and Dictyostelium gene products. To investigate the function of these proteins during development, two Dictyostelium homologues within each family (ZizA and ZizB; MrkA and MrkC) were ablated and changes in developmental for resulting null mutants were analysed. Development was unaltered following ablation of zizA, mrkA and mrkC, however, ablation of zizB gave rise to a clear change in developmental morphology. To further understand the developmental defect of zizB, directional cell movement (chemotaxis) was analysed in the zizA and zizB null mutants. Ablation of zizA caused no gross phenotypic change in chemotaxis, whereas zizB ablation gave rise to a reduction in cell speed, directionality and aspect (roundness). Furthermore, expression studies showed zizA and zizB were constantly expressed throughout development. Overexpression of each gene (labelled with the fluorescent tag, GFP) demonstrated a cytosolic localisation the gene products, with the ZizB-GFP fusion protein additionally exhibiting enrichment of the cortex, causing a large increase in filopodia formation and a partial inhibition of cytokinesis. Analysis of protein binding partners for ZizB indicates specific interaction with Rac1 A and a range of actin-interacting proteins. In conclusion this project provides the first insight into the molecular and cellular functions of Zizimin proteins, potential dopamine receptor interacting protein.

Rab GTPases are major regulatory proteins of vesicle traffic and thus responsible for membrane identity, vesicle targeting and vesicle fusion. The angiosperm Rab GTPase family is grouped into eight clades (Rab-A to Rab-H) that are broadly conserved in animals and yeasts. It has been proposed that the Rab-A clade has diversified in land plants giving rise to six plant- specific structural subclasses, Rab-A1 to Rab-A6. Previous work suggests that the Arabidopsis Rab-A2 and Rab-A3 proteins define a novel endosomal compartment that lies on a pathway between the Golgi and the plasma membrane. In dividing cells, the Rab-A2/A3 compartment is implicated in biosynthetic traffic to the cell plate but it is unclear what traffics through this compartment in non-dividing cells. In this project, I investigated a range of membrane trafficking pathways in Arabidopsis thaliana. These were probed for dependency on RAB-A2a function, using the dominant negative approach combined with fluorescent marker technology. The data presented in this thesis suggests that RAB-A2a acts on a protein recycling pathway that is used by PIN2:GFP.

Obligate intracellular pathogens must acquire host cell-derived nutrients to facilitate their survival. One such bacterial pathogen, Anaplasma phagocytophilum, replicates within neutrophils and non-phagocytic cells in a bacterial-modified, host cell-derived vacuole. The bacterium exploits host cell vesicular trafficking pathways to route nutrients to its vacuole and utilizes Rab GTPases, guanine nucleotide-dependent, vesicular trafficking regulators, to do so. We previously discovered that the A. phagocytophilum vacuolar membrane is decorated with a specific subset of Rab GTPases - Rab1, Rab4A, Rab10, Rab11, Rab14, Rab22A and Rab35. Rab1 is exclusively found on the endoplasmic reticulum (ER) and thus its localization suggests that the bacterium intercepts the ER. Rab10, which is found on the ER, trans-Golgi and recycling endosomes, localizes to the vacuolar membrane in a guanine nucleotide-independent and bacterial protein synthesis-dependent manner. This suggests that a bacterial-encoded protein is binding to and recruiting Rab10. In this study, we determined that A. phagocytophilum hijacks two very nutrient-rich sources in the secretory pathway - trans-Golgi- and endoplasmic reticulum-derived vesicles. A. phagocytophilum localizes perinuclearly adjacent to the Golgi apparatus during infection. A. phagocytophilum and Anaplasma marginale, an intravacuolar bovine pathogen, also localize near the smooth ER and rough ER in both mammalian and tick host cells. These results are supported by transmission electron microscopy analyses of infected cells. Membrane markers for the rough ER label the peripheries of A. marginale and A. phagocytophilum organisms in both mammalian and tick host cells, which suggests that they are translocated into the pathogen vacuole. Furthermore, membrane markers for trans-Golgi-derived vesicles, including endogenous Rab10, label the periphery of intravacuolar A. phagocytophilum organisms. Markers for the trans-Golgi and the ER co-fractionate with A. phagocytophilum in density gradient centrifugation studies. siRNA knockdown of Rab10 pronouncedly reduces delivery of trans-Golgi markers into the pathogen-occupied vacuole, significantly reduces infection, and impedes bacterial conversion to the bacterium’s dense-cored form. These results suggest that trans-Golgi recruitment is Rab10 dependent and is critical for bacterial development. We identified an outer membrane A. phagocytophilum moonlighting protein, uridine monophosphate kinase that specifically binds GST-Rab10 in affinity chromatography assays and interacts with Rab10 in vivo. We hypothesize that this surface protein is mediating the interaction of the bacteria with intravacuolar trans-Golgi derived vesicles. This interaction could be critical for the delivery of essential nutrients. Taken together, these data suggest that nutritional virulence mechanisms of A. phagocytophilum and A. marginale target the host secretory pathway. Additionally, they suggest a novel mechanism whereby pathogens translocate nutrient rich vesicles into the pathogen vacuole, thus delivering essential nutrients right to their front door.

L'os est un tissu dynamique résultant de l'équilibre entre l'activité de résorption des ostéoclastes (OCs) et l'activité de formation des ostéoblastes. Cette fonction ostéoclastique se met en place à l'intérieur de la zone de scellement qui est formée à travers une profonde réorganisation du cytosquelette médiée par la GTPase Rho, Rac1. Récemment, le laboratoire a démontré l'implication essentielle de Dock5, un facteur d'échange de Rac1, dans la formation de la zone de scellement et consécutivement, dans la dégradation du tissu osseux. En effet, les analyses des OCs matures issus de souris Dock5-/- différenciés sur support minéralisé, montrent une diminution importante du nombre de cellules présentant cette structure. Ce résultat est corrélé à la diminution drastique de la surface des lacunes de résorption formées par les OCs Dock5-/-. De plus, les études in vivo révèlent une augmentation de la masse de l'os trabéculaire des souris Dock5-/- adultes.Dans ce contexte, d'une part, nous avons analysé la voie de signalisation de Dock5 et de ces partenaires impliqués dans cette réorganisation du cytosquelette d'actine. Nos études protéomiques nous ont conduit à porter un intérêt plus particulier à la Tensine3 (Tns3), une protéine d'adhésion. Le domaine END de la Tns3 interagit avec Dock5 et nous avons localisé ces deux protéines au niveau de la ceinture de podosomes des OCs matures. De plus, nous avons montré que l'inhibition de la Tns3 perturbe l'organisation de la ceinture de podosomes des OCs et que la coexpression de la Tns3 et de Dock5 augmente le niveau de Rac1 actif dans les cellules HEK293. L'ensemble de nos résultats suggèrent, à travers son rôle de recruteur et d'activateur de Dock5, une importante implication de la Tns3 dans l'organisation de la ceinture de podosomes dépendante de Dock5.D'autre part, pour déterminer le stade développemental à partir duquel la fonction de résorption des OCs est nécessaire au développement normal de l'os, nous avons effectué des analyses histologiques sur les souris Dock5-/- durant l'ossification endochondrale. Nos données démontrent que l'activité de résorption des OCs n'est pas impliquée dans la dégradation du tissu cartilagineux minéralisé. Notre modèle d'étude, les souris Dock5-/-, nous a permis de dissocier l'implication de l'activité de résorption des OCs de la fonction de la métalloprotéase 9 (MMP9) ostéoclastique. La MMP9 ostéoclastique est un acteur crucial de la physiologie du cartilage hypertrophique durant le processus d'ossification endochondrale. Nos études sur l'os trabéculaire révèlent que l'activité de résorption des OCs devient essentielle à 7 jours de développement post-natal pour dégrader l'os minéralisé. L'ensemble de nos résultats suggèrent pour la première fois une implication spatiale et temporelle, complémentaire de l'activité de résorption des OCs et de la fonction MMP9 ostéoclastique durant le développement endochondral. / Bone is a dynamic tissue resulting from the bone resorption activity of osteoclasts (OCs) compensated by the bone formation activity of osteoblasts. This osteoclastic function takes place inside a structure called sealing zone. It is formed through a deep actin cytoskeleton remodeling involving the RhoGTPase Rac1. Recently, the laboratory demonstrated the essential implication of Dock5, a Rac1 exchange factor, in establishing the sealing zone and consequently in bone degradation. Indeed, in vitro analyses of OCs differentiated from Dock5-/- mice show an important decrease of cells having a sealing zone. This result is correlated with a drastic diminution of resorption pits surface as compared to control OCs. In addition, in vivo studies revealed an increase of Dock5 -/- adult mice trabecular bone mass. In this context, on one hand, part of my work was to investigate the signaling pathway of Dock5 and its partners implicated in this actin cytoskeleton reorganization. Proteomic analysis led us to focus our interest on Tensine3 (Tns3), an adhesion protein. We defined the END domain of Tns3 as a Dock5 interaction domain and localized these two proteins in podosomes belt of mature osteoclasts. Moreover, we shown that silencing of Tns3 disturbed podosomes belt organization of osteoclasts and that coexpression of Tns3 and Dock5 increased Rac1 activity in HEK293 cells. Taken together, our results suggest an important implication of Tns3 in Dock5-dependent podosomes belt organization, through a Dock5 localization and a Dock5 activation role.My second aim was to determine the developmental stage from which OCs resorption function is necessary for bone to develop normally. We performed histological analyses of Dock5-/- mouse bone during endochondral ossification. Our analyzes demonstrate that OCs resorption activity is not implicated in mineralized hypertrophic cartilage degradation. Our model of study, the Dock5-/- mice, allowed us to distinguish the implication of OCs resorption activity from osteoclastic metalloprotease 9 (MMP9) function. This led us to define osteoclastic MMP9 as crucial actor in physiology of hypertrophic cartilage during the endochondral ossification process whereas Ocs resorption activity becomes essential at 7 days of post-natal development to degrade mineralized bone. Taken together, our results suggest for the first time, a complementary spatial and temporal implication of resorption activity of OCs and osteoclastic MMP9 function during endochondral development.

L’efficacité de la réponse immunitaire adaptative repose tout particulièrement sur la motilité des lymphocytes T naïfs entre la circulation sanguine et les organes lymphoïdes secondaires, leur permettant ainsi de rencontrer un antigène spécifique. De nombreuses voies de signalisation sont impliquées dans ce phénomène. En particulier, les Rho GTPases y jouent un rôle central, par leur capacité à moduler le cytosquelette d’actine. Nous avons identifié la protéine Fam65b comme nouveau régulateur de la circulation des lymphocytes T. En effet, nous avons montré que la diminution de l’expression de Fam65b dans des LT primaires humains induit une augmentation de leur polarisation, leur adhésion et leur migration in vitro. Afin d’étudier son rôle dans un contexte plus physiologique, nous avons développé au laboratoire une souris Fam65b-/-, dans laquelle l’expression de Fam65b est supprimée dans le lignage T. Les lymphocytes T issus de ces souris présentent un contenu global en F-actine réduit, une plus grande quantité de L-sélectine et d’intégrines actives à leur surface, et une migration moins rapide et moins rectiligne que leurs équivalents WT. Nous n’avons pu observer, avec nos méthodes, aucune différence significative de polarisation, de migration in vitro ou d’entrée dans les organes lymphoïdes secondaires pour les LT Fam65b-/-. Nous avons identifié les Rho GTPases comme médiateurs de ces effets de Fam65b. Nous avons observé, en cytométrie de flux, que les niveaux de RhoA-GTP et de Rac-GTP sont plus élevés dans les LT murins Fam65b-/-, et que cela est aussi vrai pour RhoA-GTP dans les LT humains exprimant de faibles niveaux de Fam65b. Nous avons identifié, dans des expériences in vitro, le mécanisme par lequel Fam65b inhibe l’activité de RhoA, puisqu’il ralentit sa charge en GTP par les protéines GEF. Nous avons montré, par des techniques de biochimie, que l’activation de RhoA en aval d’une stimulation chimiokine est permise par la dissociation de RhoA et de Fam65b, probable conséquence de la phosphorylation de Fam65b. Cette dissociation a aussi été observée pour Fam65b et Rac1, mais les mécanismes mis en jeu restent à déterminer. D’autre part, l’expression de Fam65b est sous le contrôle du facteur de transcription FOXO1, connu pour son rôle dans le contrôle de l’écotaxie (homing) via la régulation de l’expression de molécules permettant l’entrée dans les ganglions lymphatiques. Fam65b, régulateur atypique de l’activité des Rho GTPases, représente donc un lien inédit entre la voie PI3K/FOXO1 et les Rho GTPases. / The motility of naive T lymphocytes between the blood and secondary lymphoid organs is essential to the efficiency of the adaptative immune response, and allows those cells to meet their cognate antigen. Numerous signaling pathways are involved in this phenomenon, such as Rho GTPases, modulators of the actin cytoskeleton. We have identified Fam65b as a new regulator of T lymphocytes recirculation. We have shown that a decrease of Fam65b expression in human primary T cells increases the morphological polarization, the adhesion and the in vitro migration of those cells. Looking for a more physiological model, we developed, in the lab, a Fam65b KO (Knock-Out) mouse, specific to the T lineage. In those animals, T cells showed decreased levels of F-actin, an increase in the display of L-selectin and integrins, and a slower and less straight migration, compared to WT (Wild-Type) T cells. On the other hand, we weren't able to see any significant differences in the morphological polarisation, the in vitro migration or the homing capacity of the Fam65b KO T cells. We have identified Rho GTPases as mediators of the effects of Fam65b. We showed, in flow cytometry, that the amount of RhoA-GTP and Rac-GTP are increased in the Fam65b KO cells. The RhoA-GTP levels are also increased in human primary T cells expressing low levels of Fam65b. We have identified, in in vitro experiments, that Fam65b slows down RhoA loading with GTP by its GEF proteins, thus inhibiting RhoA activity. Moreover, we showed that Fam65b dissociates from RhoA after chemokine stimulation of T cells, thus allowing RhoA activation. The phosphorylation of Fam65b is a probable cause to this phenomenon. Fam65b also dissociates from Rac1 in these conditions, although no mechanism is yet known. Furthermore, the transcription factor FOXO1 controls the expression of Fam65b. FOXO1 is also known to control the homing capacity of T cells, since it controls the expression of molecules involved in the entry of lymphocytes in the lymph nodes. Fam65b, an atypical regulator of Rho GTPases activity, thus represents a new connection between the PI3K/FOXO1 and the Rho GTPases pathways.

At the neuronal synapse, neurotransmitter-filled synaptic vesicles (SVs) fuse with the presynaptic plasma membrane during activity. Following exocytosis, SVs must be retrieved for neurotransmission to be maintained. Several modes of SV recycling have been identified. During mild neuronal activity, clathrin-mediated endocytosis has been regarded as the dominant SV retrieval mode, however the recently identified ultrafast endocytosis mode may also be important in this condition. During elevated activity, activity-dependent bulk endocytosis (ADBE) is the dominant SV retrieval pathway. In ADBE, large invaginations are formed from the plasma membrane, which then undergo scission to create bulk endosomes. In a second distinct step, SVs bud from these endosomes and specifically repopulate the reserve SV pool. However, since its first identification, only few molecules have been shown to participate in ADBE. The aim of this PhD was to identify novel molecules and elucidate the molecular mechanism of ADBE. To achieve this, two independent biochemical approaches were designed to purify and enrich bulk endosomes from primary neuronal cultures. In the first approach, bulk endosomes and SVs were labelled with a dye, FM1-43, using a strong stimulus. Cells were broken mechanically and the post nuclear supernatant, that contains all intracellular organelles, was collected. The supernatant was then subjected to subcellular fractionation using discontinuous Nycodenz gradients. This stimulated sample was always processed in parallel with a basal sample, where no neuronal stimulus was applied, in order to visualise activity dependent FM loading. After different fractionation protocols were applied, bulk endosomes were efficiently separated from SVs, as revealed by tracking fluorescence in different fractions. The fractionation results were further validated by electron microscopy, where bulk endosomes and SVs were labelled with horseradish peroxidase and purified using the established protocol. Immunoblotting against selected SV cargo proteins from stimulated bulk endosome and SV samples, indicated the specific and preferential localisation of VAMP4 on bulk endosomes, in contrast to other SV cargo. The molecular identity of bulk endosomes was also approached by submitting the bulk endosome fractions to semi-quantitative mass spectrometry. This analysis revealed many different proteins that were identified in bulk endosome samples and quantification approaches further indicated proteins that can be localised on bulk endosomes and have a potential role in ADBE. A second magnetic isolation approach was designed, to purify bulk endosomes using a completely different methodology. In this case, bulk endosomes were specifically labelled with iron nanoparticles, which are preferentially taken up by bulk endosomes since they are larger than SVs. The cells were broken as before and post nuclear supernatant was acquired. In this case, the supernatant was submitted to magnetic isolation that separated iron beads labelled structures from all other intracellular organelles. An extensive immunoblotting analysis of magnetic bulk endosomes validated that VAMP4 and syndapin I, two essential ADBE proteins, were enriched in these purified samples. These magnetic bulk endosomes were also analysed using semi-quantitative MS and revealed many proteins with a potential role in ADBE. Significant overlap between the two independent methods was observed, further validating these approaches. Combining these two methods with bioinformatics tools allowed the identification of the molecular signature of ADBE as well as novel key candidates for this process. Specific molecules were investigated for their role in ADBE and SV recycling using a variety of different real-time fluorescent imaging assays. A major focus was on rab small GTPases. High molecular weight dextran uptake was used to specifically study the role of these proteins in ADBE, as it preferentially reports uptake via larger bulk endosomes. A pH sensitive chimeric protein, synaptophysin-pHluorin, was used to investigate the role of these proteins in CME. Additional imaging assays were used to answer emerging questions regarding the function and localisation of these targets in the presynapse. Using these approaches, rab11A and rab35 were found to promote ADBE and accelerate clathrin-mediated endocytosis. This effect was specific to high intensity stimulation, while SV exocytosis was not affected. Further research on the role of both novel and established ADBE molecules will provide key future insights into the mechanism of both bulk endosome generation/scission and subsequent SV reformation. A very promising group is rab proteins and now evidence for their implication in SV recycling is presented here. Identification and characterisation of new targets will allow to investigate the role of ADBE in neurotransmission in both physiology and pathophysiology.

Les bases moléculaires de la sécrétion hormonale et de la libération de neurotransmetteurs dépendantes du calcium sont très semblables. Durant ma thèse, je me suis intéressé à divers aspects du cycle des granules de sécrétion dans des modèles cellulaires neuroendocriniens. J'ai en particulier étudié la contribution des transporteurs plasmiques de neuromédiateurs à la taille du quantum de sécrétion. Nous avons démontré que la surexpression de SERT (le transporteur plasmique de recapture de la sérotonine) au sein de la lignée neuroendocrine PC12 induit une augmentation de la taille des quanta sécrétés, et que le contrôle du remplissage vésiculaire était cinétique plutôt que thermodynamique. Ces observations ont permis de développer une méthode de mesure de l'activité sécrétrice d'une sous-population transfectée des cellules PC12. Cette technique permet de quantifier l'effet d'une protéine co-transfectée avec SERT sur l'activité sécrétrice.<br /><br />Une autre partie de mon travail concerne les petites GTPases Rab. Ces protéines régulent de nombreuses étapes du trafic cellulaire. Rab3 joue un rôle dans le contrôle d'étapes tardives de la neurotransmission/sécrétion d'hormones. Nos résultats, basés sur des analyses électrochimiques et biochimiques, suggèrent que Rab3 contrôlerait l'étape d'amorçage de la fusion.<br /><br />Plus récemment, notre attention s'est portée sur Rab27, une Rab proche de la famille Rab3, ainsi que sur MyRIP (Myosin and Rab Interacting Protein). Nous avons montré que MyRIP est un ligand de Rab27 et que ces deux protéines sont associées aux granules de sécrétion. MyRIP interagit aussi avec les myosines 7a/5a et avec l'actine. Ainsi, Rab27 et MyRIP lient les granules au cytosquelette d'actine et contrôlent leur mobilité au voisinage de la membrane plasmique.<br /><br />Nos études sur Rab3 et Rab27 ont permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires des processus impliquant ces GTPases, et illustrent la diversité des modes d'action de ces protéines.