La protéine multi-adaptatrice GAB1 (GRB2-associated binder-1) est essentielle pour transmettre la signalisation et les réponses biologiques du récepteur tyrosine kinase MET activé par son ligand, l’HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor), et joue un rôle positif dans de nombreuses autres voies de signalisation cellulaires. Son implication majeure dans la signalisation HGF/SF-MET s’explique par le fait que GAB1 est un partenaire direct de MET, notamment via un domaine d’interaction spécifique avec la partie C-terminale de MET, tandis que GAB1 est un acteur moléculaire indirect pour d’autres récepteurs, y compris certains portant également une activité tyrosine kinase. Au cours de ma thèse, nous avons documenté par des approches d’extinction de l’expression de GAB1 (siRNA) dans divers types cellulaires, son rôle indispensable dans la signalisation HGF/SF-MET, à la fois pour l’induction des voies Ras/ERK et PI3K/Akt. Ces résultats sont en accord avec les travaux permettant de conclure que GAB1 amplifie la signalisation HGF/SF-MET. De manière originale, nous avons montré que GAB1 joue également un rôle important dans des conditions conduisant à l’inactivation de la signalisation HGF/SF-MET. D’une part, nous avons établi que suite à l’activation de MET par l’HGF/SF, le récepteur induit la dégradation de GAB1 par le système ubiquitine-protéasome et que ce processus participe activement à la régulation négative de l’activation de la voie Ras/ERK. D’autre part, nous avons démontré que GAB1, comme MET, est une cible fonctionnelle des caspases activées lors de stress apoptogènes. Lors d’un stress modéré, des clivages caspases-dépendants de GAB1 conduisent à la génération d’un fragment stable, p35-GAB1, contenant le domaine d’interaction avec MET et présentant une activité anti-apoptotique liée notamment à sa capacité à maintenir l’activation de la voie de survie PI3K/Akt. Lors de stress extrêmes ou prolongés, il est possible que p35-GAB1 présente une activité pro-apoptotique. Nous avons donc mis en évidence que GAB1 occupe une place primordiale dans la signalisation HGF/SF-MET à la fois pour transmettre et pour réguler en retour ces signaux de transduction en fonction du contexte cellulaire.Pour conclure, il est clair que la signalisation HGF/SF-MET joue un rôle physiologique essentiel et sa dérégulation est associée à la progression tumorale et métastatique de nombreux cancers. En accord avec notre démonstration de la contribution majeure de GAB1 dans tous les aspects de la signalisation HGF/SF-MET, il est envisageable que GAB1 puisse contribuer à la tumorigenèse dépendante de l’activation du récepteur MET et représenter, de ce fait, une cible d’intérêt pour de nouvelles approches thérapeutiques anti-cancéreuses. / The docking protein GAB1 (GRB2-associated binder-1) is essential for transmitting signals and biological responses of the MET receptor tyrosine kinase activated by its ligand, HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor), and plays a positive role in many other cell signaling pathways. Its major involvement in HGF/SF-MET signaling can be explained by the fact that GAB1 is a direct partner of MET, in particular through a specific interaction domain with the C-terminus of MET, while GAB1 is an indirect molecular player for other receptors, including some of them with intrinsic tyrosine kinase activity.During my thesis work, we have documented through RNA interference-mediated extinction of GAB1 expression in various cell types, its crucial role in HGF/SF-MET signaling, both for the induction of Ras/ERK and PI3K/Akt pathways. These results are consistent with other data supporting the conclusion that GAB1 amplifies HGF/SF-MET signaling. In an original way, we have shown that GAB1 also plays an important role in conditions leading to the inactivation of HGF/SF-MET signaling. First, we demonstrated that, following its activation by HGF/SF, MET receptor induces GAB1 ubiquitin-proteasome-mediated degradation and that this process is actively involved in the down-regulation of Ras/ERK pathway downstream of MET. Furthermore, in line with our previous demonstrations that the MET receptor is a functional target of caspases, we established that GAB1 is also degraded and cleaved by caspases in response to stress. Under mild stress conditions, caspase-dependent cleavages of GAB1 lead to the generation of a stable fragment, p35-GAB1, containing the MET binding domain and exhibiting anti-apoptotic functions due to its ability to maintain activation of the PI3K/Akt survival pathway. In case of extreme or prolonged stress, it is possible that p35-GAB1 shows a pro-apoptotic activity. We have therefore highlighted that GAB1 plays a key role in HGF/SF-MET signaling for both transmit and feedback regulate signal transduction, depending on cellular context.Finally, it is clear that HGF/SF-MET signaling plays an essential physiological role and its deregulation is associated with tumor progression and metastasis of many cancers. According to our demonstration of the major contribution of GAB1 in all aspects of HGF/SF-MET signaling, it is possible that GAB1 may contribute to MET receptor activation-dependent tumorigenesis and thus, represent a target of interest for new anti-cancer therapeutic approaches.

Des études cliniques indiquent que l’hétérogénéité des récepteurs tyrosine kinase (RTK) dérégulés dans le cancer colorectal (CCR) contribue à la résistance aux thérapies ciblant qu’un seul RTK. Une alternative serait de cibler les protéines effectrices engagées par plusieurs RTK régissant les processus clés à la progression du CCR, mais la signalisation des RTK dans le CCR reste peu définie. Des travaux réalisés au laboratoire ont démontré par une approche dominante négative que le pouvoir oncogénique du RTK Met chez les cellules épithéliales intestinales transformées par une forme active de Met (Tpr-Met-IEC-6) serait dépendant des protéines Gab (Grb2-associated binder). Cette approche reposait sur l’inhibition de l’interaction entres les protéines Gab et Met par l’expression du domaine de Gab1 renfermant un motif d’interaction indirect aux RTK, via la protéine Grb2, et le site de liaison direct, unique à Gab1, avec Met. Ainsi, cette approche ne permet pas de discerner les effets de Gab1 de ceux de Gab2 en aval de Met. L’objectif de cette présente étude était de définir les rôles qui sont propres à Gab1 et à Gab2, en aval de Met, dans les cellules Tpr-Met-IEC-6. Pour ce faire, nous avons évalué l’impact d’une modulation de l’expression de Gab1 et de Gab2, par une approche d’interférence à l’ARN et de surexpression, sur les caractéristiques oncogéniques de ces cellules. De façon surprenante, nous démontrons que Gab1 affecte positivement l’expression Tpr-Met, la transformation morphologique ainsi que la croissance cellulaire. De plus, nous démontrons que la diminution ou la surexpression de Gab2 dans les cellules Tpr-Met-IEC-6 n’a aucun effet sur la morphologie, la croissance cellulaire, la capacité des cellules à croître au-delà de la confluence et sans ancrage à la matrice extracellulaire et enfin sur la migration. En conclusion, mes travaux de recherche suggèrent que la protéine Gab1, et non Gab2, joue un rôle essentiel dans le pouvoir oncogénique de Met dans les cellules épithéliales intestinales. Ainsi, Gab1 et ses voies de signalisation pourraient représenter des cibles prometteuses pour l’élaboration de nouvelles thérapies contre le CCR.

Darbo tikslas nustatyti skirstymo baltymo GAB1 ryšį su anti-apoptoziniu PI3K/Akt bei mitogeniniu Ras/MAPK signalo perdavimo keliais ir įvertinti GAB1 įtaką šių kelių sąveikai EGFR signalo perdavimo tinkle. Darbo uždaviniai: įvertinti epitelinių ląstelių endogeninio GAB1 veiksmingumą EGF signalo perdavimo metu; nustatyti sąveikos pobūdį tarp PI3K/Akt ir Ras/MAPK kelių EGF signalo metu; kiekybiškai įvertinti GAB1 svarbą EGF signalo perdavimui per PI3K/Akt ir Ras/MAPK kelių in vivo, rezultatus lyginant su matematinio modelio prognozėmis in silico; nustatyti GAB1 veiksmingumo ir jo reguliacijos grįžtamaisiais ryšiais įtaką PI3K-MAPK sąveikos stiprumui priklausomai nuo EGF dozės ir laiko; ištirti GAB1 svarbą EGFR ir insulino receptoriaus signalo perdavimo tinklų sąveikai; modifikuoti Westerno pernašos metodą palyginamajai kiekybinei ir kokybinei baltymų analizei. Darbo išvados: stimuliavus EGFR, skirstymo baltymas GAB1 tampa veiksmingu; EGF lemia reciprokinę PI3K/Akt ir Ras/MAPK signalo perdavimo kelių sąveiką per GAB1; GAB1 yra pagrindinis teigiamo atgalinio ryšio elementas PI3K kelyje, padedąs pagreitinti, stiprinti ir išlaikyti MEK/ERK kinazių atsaką; PI3K-MAPK sąveikos stiprumas kinta laike ir yra atvirkščiai proporcingas EGF signalo stiprumui; GAB1 reikalingas sinergistiškai stiprinti insulinu ir mažomis EGF dozėmis stimuliuojamų ląstelių Ras/MAPK atsaką; sukurtas „Multi-juostelių“ imunopernašos metodas yra tinkamas palyginamajai kiekybinei ir kokybinei baltymų analizei... [toliau žr. visą tekstą] / The aim of the thesis was to determine a connection of endogenous docking protein GAB1 with anti-apoptotic PI3/Akt and Ras/MAPK signaling pathways and to estimate GAB1 contribution to their crosstalk in EGFR signaling network. The tasks: to evaluate GAB1 efficacy upon EGFR stimulation; to examine the nature of crosstalk between PI3K/Akt and Ras/MAPK pathways; to evaluate the contribution of GAB1 to EGF signaling via PI3K/Akt and Ras/MAPK pathways in vivo comparing the results with prognosis in silico; to estimate the EGF dose- and time-dependent impact of GAB1 efficacy and its feedback regulation on the strength of PI3K-MAPK interaction; to investigate the role of GAB1 for crosstalk of EGFR and insulin receptor signaling networks; to modify Western blotting procedure for comparative quantitative and qualitative protein analysis. The conclusions: the docking protein GAB1 is functional upon EGFR stimulation; PI3K/Akt and Ras/MAPK signaling pathways crosstalk reciprocally via GAB1 in response to EGF; GAB1 is major positive feedback element in PI3K pathway amplifying and sustaining MEK/ERK response to EGF; the strength of PI3K-MAPK interaction depends on time and is inversely proportional to EGF signal strength; GAB1 is required to synergistically potentate the Ras/MAPK response to tandem cell treatment with insulin and low EGF doses; the developed Multistrip immunoblotting method is suitable for comparative quantitative and qualitative protein analysis. In comparison with a... [to full text]

Plusieurs évidences indiquent que de la dérégulation des récepteurs tyrosine kinase (RTK) joue un rôle clé dans l'étiologie et la progression du cancer colorectal (CCR). Notamment, des bénéfices ont été observés en clinique avec des agents ciblant le récepteur de EGF dans le traitement des CCR métastatiques avancés. Considérant l'hétérogénéité des RTK dérégulés dans le CCR, une approche thérapeutique alternative serait de plutôt cibler les protéines effectrices engagées par plusieurs RTK, notamment celles qui régulent des processus essentiels à la progression du CCR. Toutefois, le rôle des protéines de signalisation engagées par les RTK dans le CCR reste encore très peu défini. De récents travaux menés dans notre laboratoire ont démontré que l'activation oncogénique du RTK Met, le récepteur du facteur de croissance d'hépatocyte (HGF), confère aux cellules épithéliales intestinales non cancéreuses IEC-6, des propriétés angiogéniques, tumorigéniques et métastatiques in vitro et in vivo . L'activité biologique des RTK, telle que celle du récepteur Met, s'avère étroitement liée à leur capacité d'initier une variété de voies de signalisation intracellulaire par le biais du recrutement de protéines adaptatrices, dont les protéines Gab1 et Gab2 (Grb2-associated binder). Ainsi, le but de mon projet fut de valider l'hypothèse que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales serait en partie dépendant de l'engagement des voies de signalisation des protéines Gab. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche dominante négative, soit par l'expression du domaine MBD (Met-Binding Domain) de Gab1 dans les cellules IEC-6 transformées par la forme oncogénique du récepteur Met, Tpr-Met (Tpr-Met-IEC-6). Cette stratégie repose sur le fait que la région MBD de Gab1 renferme les deux motifs de liaison, un motif riche en proline qui lie les protéines Gab aux RTK par un mécanisme indirect dépendant, de Grb2, ainsi que le motif MBM (Met-Binding Motif) qui est unique à Gab1, et qui permet une interaction directe entre Gab1 et le récepteur Met. Mes résultats montrent que l'expression du domaine MBD de Gab1 dans les cellules TprMet-IEC-6 diminue la phosphorylation de la protéine Gab1 sur tyrosine, restaure la formation de contacts cellule-cellule et une morphologie épithéliale typique ainsi qu'augmente le niveau protéique du marqueur épithéliale E-cadhérine et sa relocalisation membranaire aux zones de contact cellule-cellule. De plus, les cellules Tpr-Met-IEC-6 qui expriment le MBD de Gab1 affichent en culture une capacité réduite à proliférer au-delà de la confluence et en absence d'ancrage à la matrice extracellulaire, et de migration, ainsi qu'une diminution de leur aptitude à former des tumeurs sous-cutanées in vivo dans les souris nues. L'ensemble de mes résultats démontre pour la première fois que le pouvoir oncogénique du récepteur Met dans les cellules épithéliales intestinales dépend en partie de l'engagement des voies de signalisation de Gab1. En considérant que tous les RTK dérégulés dans le CCR peuvent se lier aux protéines Gab, ou engager leurs voies de signalisation, nos résultats identifient ces dernières comme des cibles prometteuses pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques contre le CCR.

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<p>x</p> / <p>Platelet-derived growth factors (PDGF), a family of potent mitogens and chemoattractants for cells of mesenchymal origin, elicit their biological effects through the binding of two related receptor tyrosine kinases, denoted α- and β-receptors. The binding of PDGF to the receptors causes receptor dimerization and autophosphorylation on tyrosine residues. Src homology 2 (SH2) domain-containing proteins then bind the phosphorylated receptors, mediating further propagation of the signal. This thesis describes how the interaction between the PDGF receptors and some of their downstream targets can modify the cellular response to PDGF.</p><p>The tyrosine phosphatase SHP-2 has been implicated in activation of the Ras/MAPK pathway downstream of several receptor tyrosine kinases. We found that SHP-2 binds to phosphorylated Y763 in the PDGF β-receptor, in addition to the already reported binding to Y1009. Cells expressing PDGF β-receptors with Y763 and Y1009 mutated to phenylalanine exhibited decreased Ras-GTP loading and reduced activation of Erk2 in response to PDGF. Whereas these cells did not show any change in the mitogenic response to PDGF, the PDGF-induced chemotaxis was significantly reduced in cells expressing mutant compared to wild-type receptor.</p><p>The phosphorylation of Y771 of the PDGF β-receptor had been shown to be significantly lower in the αβ-heterodimeric receptor compared to in the ββ-homodimer, causing reduced binding of RasGAP to the heterodimer and increased Ras/MAPK activation. We could demonstrate that the reduced phosphorylation of Y771 is due to dephosphorylation by tyrosine phosphatases, including SHP-2.</p><p>SHP-2 had been shown to associate with the docking protein Gab1 after growth factor stimulation. We showed that the adaptor protein Grb2 was required for PDGF mediated phosphorylation of Gab1, and that phosphorylated Gab1, Grb2 and SHP-2 create a complex upon PDGF stimulation. Using a cell system with an inducible Gab1 expression, we further demonstrated that Gab1 increased SHP-2 activity in response to PDGF, without affecting the interaction between SHP-2 and the b-receptor. Induction of Gab1 correlated with an increase in both PDGF-induced Erk and p38 MAPK activation, whereas Akt activation was unaffected. The latter finding was in line with our observation that PDGF had no effect on the interaction between Gab1 and p85 of PI3’-kinase. The increase in MAPK activity after Gab1 induction and PDGF treatment did not correlate with an increase in PDGF-induced mitogenicity; instead these cells displayed more pronounced actin reorganization in response to PDGF.</p><p>In conclusion, our data indicate that SHP-2 regulates the PDGF response both through direct dephosphorylation of the receptor and through its interaction with Gab1. PDGF stimulated activation of SHP-2 seems to be correlated not only with mitogenesis, but also with reorganization of the actin cytoskeleton and cell migration.</p>

x / Platelet-derived growth factors (PDGF), a family of potent mitogens and chemoattractants for cells of mesenchymal origin, elicit their biological effects through the binding of two related receptor tyrosine kinases, denoted α- and β-receptors. The binding of PDGF to the receptors causes receptor dimerization and autophosphorylation on tyrosine residues. Src homology 2 (SH2) domain-containing proteins then bind the phosphorylated receptors, mediating further propagation of the signal. This thesis describes how the interaction between the PDGF receptors and some of their downstream targets can modify the cellular response to PDGF. The tyrosine phosphatase SHP-2 has been implicated in activation of the Ras/MAPK pathway downstream of several receptor tyrosine kinases. We found that SHP-2 binds to phosphorylated Y763 in the PDGF β-receptor, in addition to the already reported binding to Y1009. Cells expressing PDGF β-receptors with Y763 and Y1009 mutated to phenylalanine exhibited decreased Ras-GTP loading and reduced activation of Erk2 in response to PDGF. Whereas these cells did not show any change in the mitogenic response to PDGF, the PDGF-induced chemotaxis was significantly reduced in cells expressing mutant compared to wild-type receptor. The phosphorylation of Y771 of the PDGF β-receptor had been shown to be significantly lower in the αβ-heterodimeric receptor compared to in the ββ-homodimer, causing reduced binding of RasGAP to the heterodimer and increased Ras/MAPK activation. We could demonstrate that the reduced phosphorylation of Y771 is due to dephosphorylation by tyrosine phosphatases, including SHP-2. SHP-2 had been shown to associate with the docking protein Gab1 after growth factor stimulation. We showed that the adaptor protein Grb2 was required for PDGF mediated phosphorylation of Gab1, and that phosphorylated Gab1, Grb2 and SHP-2 create a complex upon PDGF stimulation. Using a cell system with an inducible Gab1 expression, we further demonstrated that Gab1 increased SHP-2 activity in response to PDGF, without affecting the interaction between SHP-2 and the b-receptor. Induction of Gab1 correlated with an increase in both PDGF-induced Erk and p38 MAPK activation, whereas Akt activation was unaffected. The latter finding was in line with our observation that PDGF had no effect on the interaction between Gab1 and p85 of PI3’-kinase. The increase in MAPK activity after Gab1 induction and PDGF treatment did not correlate with an increase in PDGF-induced mitogenicity; instead these cells displayed more pronounced actin reorganization in response to PDGF. In conclusion, our data indicate that SHP-2 regulates the PDGF response both through direct dephosphorylation of the receptor and through its interaction with Gab1. PDGF stimulated activation of SHP-2 seems to be correlated not only with mitogenesis, but also with reorganization of the actin cytoskeleton and cell migration.

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique. / Since the discovery of the first protein tyrosine kinase [PTK] in 1980, the importance of these proteins and of tyrosine phosphorylation cascades in the regulation of intracellular signaling events has been well-established. The protein tyrosine phosphatases [PTPs], whose existence was only revealed ten years later, have been regarded for a long time as passive PTKs conteracting enzymes. It is now evident that PTPs activities are specific, exquisitely regulated, and that they have to be coordinated with PTKs activities for an appropriate regulation of intracellular signaling events. Despite these findings, the contribution of PTPs to the regulation of many fundamental physiological processes is not well-characterized. This is the case of angiogenesis, the process whereby new vessels are generated from pre-existing ones. Vascular endothelial growth factor (VEGF), one of the most important angiogenic factors, is known to induce its biological effects mainly by activating VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). As angiogenesis is involved in the development of a multitude of pathologies, including tumoral progression, a better characterization of PTPs, which ensure the quality of the angiogenic response by acting together with VEGFR2, is crucial to refine current therapeutic tools. Expression of a PTP called DEP-1 correlates with dephosphorylation of VEGFR2, and contributes to the inhibition of VEGF-induced endothelial cell proliferation at high cell confluence. However, the specific contribution of DEP-1 to the regulation of signaling pathways and biological responses induced by VEGF remained unknown. The research presented in this thesis demonstrates that DEP-1 negatively regulates the tyrosine kinase activity of VEGFR2 by dephosphorylating the specific tyrosine residues Y1054/Y1059 in its activation loop. Consequently, this leads to a global decrease in the phosphorylation of the receptor and to a reduced activation of most of the signaling cascades induced by VEGF, including the mitogenic PLCγ- ERK1/2 pathway. Moreover, despite this negative role, our work reveals for the first time that DEP-1 contributes in a positive way to promote the survival of endothelial cells via the activation of the Src-Gab1-Akt pathway downstream of VEGFR2. This survival function of DEP-1 in endothelial cells is accomplished by the dephosphorylation of the Src inhibitory tyrosine (Y529). During our study, we identified two residues in the carboxy-terminal tail of DEP-1, Y1311 and Y1320, whose phosphorylation is dependent on Src. These two phosphorylated tyrosine residues bind to the SH2 domain of Src, and our work also revealed that mostly Y1320 is required for Src and Akt activation upon VEGF stimulation of endothelial cells. These findings represent a major step forward in our understanding of the molecular mechanisms by which DEP-1 may regulate the VEGF-dependent angiogenic program. Moreover, the discovery of a positive role for DEP-1 in the survival of endothelial cells could lead to the development of new therapeutic approaches to inhibit this specific function of DEP-1 in order to block pathological angiogenesis.

La protéine d’échafaudage Gab1 amplifie la signalisation de plusieurs récepteurs à fonction tyrosine kinase (RTK). Entre autres, elle promeut la signalisation du VEGFR2, un RTK essentiel à la médiation de l’angiogenèse via le VEGF dans les cellules endothéliales. En réponse au VEGF, Gab1 est phosphorylé sur tyrosine, ce qui résulte en la formation d’un complexe de protéines de signalisation impliqué dans le remodelage du cytosquelette d’actine et la migration des cellules endothéliales. Gab1 est un modulateur essentiel de l’angiogenèse in vitro et in vivo. Toutefois, malgré l’importance de Gab1 dans les cellules endothéliales, les mécanismes moléculaires impliqués dans la médiation de ses fonctions, demeurent mal définis et la participation du second membre de la famille, Gab2, reste inconnue. Dans un premier temps, nous avons démontré que tout comme Gab1, Gab2 est phosphorylé sur tyrosine, qu’il s’associe de façon similaire avec des protéines de signalisation et qu’il médie la migration des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Cependant, contrairement à Gab1, Gab2 n’interagit pas avec le VEGFR2 et n’est pas essentiel pour l’activation d’Akt et la promotion de la survie cellulaire. En fait, nous avons constaté que l’expression de Gab2 atténue l’expression de Gab1 et l’activation de la signalisation médiée par le VEGF. Ainsi, Gab2 semble agir plutôt comme un régulateur négatif des signaux pro-angiogéniques induits par Gab1. La migration cellulaire est une des étapes cruciales de l’angiogenèse. Nous avons démontré que Gab1 médie l’activation de la GTPase Rac1 via la formation et la localisation d’un complexe protéique incluant la GEF VAV2, la p120Caténine et la Cortactine aux lamellipodes des cellules endothéliales en réponse au VEGF. De plus, nous montrons que l’assemblage de ce complexe corrèle avec la capacité du VEGF à induire l’invasion des cellules endothéliales et le bourgeonnement de capillaires, deux phénomènes essentiels au processus angiogénique. La régulation des RhoGTPases est également régulée par des inactivateurs spécifiques les « Rho GTPases activating proteins », ou GAPs. Nous décrivons ici pour la première fois le rôle de la GAP CdGAP dans les cellules endothéliales et démontrons son importance dans la médiation de la signalisation du VEGF via la phosphorylation sur tyrosine de Gab1 et l’activation des RhoGTPases Rac1 et Cdc42. Ainsi, dù à son importance sur l’activation de voies de signalisation du VEGF, CdGAP représente un régulateur crucial de la promotion de diverses activités biologiques essentielles à l’angiogenèse telles que la migration cellulaire, et le bourgeonnement de capillaires in vitro et d’aortes de souris ex vivo. De plus, les embryons de souris CdGAP KO présentent des hémorragies et de l’œdème, et ces défauts vasculaires pourraient être responsables de la mortalité de 44% des souris CdGAP knock-out attendues. Nos études amènent donc une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires induits par le VEGF et démontrent l’implication centrale de Gab1 et des régulateurs des RhoGTPases dans la promotion de l’angiogenèse. Cette meilleure compréhension pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles ou approches thérapeutiques afin d’améliorer le traitement des patients souffrant de maladies associées à une néovascularisation incontrôlée telles que le cancer. / The Gab1 scaffolding protein allows signaling of multiple Receptors Tyrosine Kinase (RTKs). Among other things, it allows VEGFR2 signaling, an essential RTK to mediate angiogenesis via VEGF in endothelial cells. In response to VEGF, Gab1 is tyrosine phosphorylated, resulting in the formation of a signaling protein complex involved in the remodeling of the actin cytoskeleton and the migration of endothelial cells. Gab1 is a key modulator of angiogenesis in vitro and in vivo. However, despite the importance of Gab1 in endothelial cells, the molecular mechanisms involved in mediating its functions remain poorly defined and the participation of the second family member, Gab2, remains unknown. Initially, we demonstrated that as with Gab1, Gab2 is tyrosine phosphorylated, it associates with similar signaling proteins and induces cell migration in response to VEGF in endothelial cells. However, Gab2 does not interact with VEGFR2 and is not essential for the activation of Akt and the promotion of cell survival. In fact, we found that the expression of Gab2 attenuates the expression of Gab1 and activation of VEGF-mediated signaling. In light of these results, we propose that in endothelial cells stimulated with VEGF, Gab2 acts as a negative regulator of pro-angiogenic signals induced by Gab1. Cell migration is a crucial step in angiogenesis, though, few studies have investigated the involvement of Gab1 in regulating different molecular mechanisms for actin remodeling leading to endothelial cell migration. We demonstrated that Gab1 mediates activation of Rac1 GTPase via the formation and localization of a protein complex including the GEF VAV2, p120 Catenin and Cortactin to lamellipodia of endothelial cells in response to VEGF. Furthermore, we show that the assembly of this complex correlates with the ability of VEGF to induce endothelial cell invasion and capillary sprouting, phenomena essential to the angiogenic process. RhoGTPases are also regulated by specific inactivators, "Rho GTPase activating proteins" or GAPs. The involvement of GAPs in promoting angiogenesis is relatively poorly described. Here we describe for the first time the role of the GAP CdGAP in endothelial cells and demonstrate its importance in mediating VEGF signaling via tyrosine phosphorylation of Gab1 and activation of Rac1 and Cdc42 RhoGTPases. Due to its importance in the activation of signaling pathways critical in VEGF signaling, CdGAP is thus an important protein for the regulation of various essential biological activities such as cell migration, sprouting and therefore in vitro and ex vivo angiogenesis. In addition, embryos of CdGAP knock-out mice exhibit vascular defects, excessive branching vessels, haemorrhages and edema which may be responsible for the 44% mortality seen in CdGAP knock-out mice expected. Our studies contribute to a better understanding of the molecular mechanisms induced by VEGF and demonstrate the central involvement of Gab1 and regulators of RhoGTPases in promoting angiogenesis. This understanding could lead to the identification of new targets and therapeutic approaches to improve the treatment of patients with uncontrolled neovascularization associated with diseases such as cancer.

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique. / Since the discovery of the first protein tyrosine kinase [PTK] in 1980, the importance of these proteins and of tyrosine phosphorylation cascades in the regulation of intracellular signaling events has been well-established. The protein tyrosine phosphatases [PTPs], whose existence was only revealed ten years later, have been regarded for a long time as passive PTKs conteracting enzymes. It is now evident that PTPs activities are specific, exquisitely regulated, and that they have to be coordinated with PTKs activities for an appropriate regulation of intracellular signaling events. Despite these findings, the contribution of PTPs to the regulation of many fundamental physiological processes is not well-characterized. This is the case of angiogenesis, the process whereby new vessels are generated from pre-existing ones. Vascular endothelial growth factor (VEGF), one of the most important angiogenic factors, is known to induce its biological effects mainly by activating VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). As angiogenesis is involved in the development of a multitude of pathologies, including tumoral progression, a better characterization of PTPs, which ensure the quality of the angiogenic response by acting together with VEGFR2, is crucial to refine current therapeutic tools. Expression of a PTP called DEP-1 correlates with dephosphorylation of VEGFR2, and contributes to the inhibition of VEGF-induced endothelial cell proliferation at high cell confluence. However, the specific contribution of DEP-1 to the regulation of signaling pathways and biological responses induced by VEGF remained unknown. The research presented in this thesis demonstrates that DEP-1 negatively regulates the tyrosine kinase activity of VEGFR2 by dephosphorylating the specific tyrosine residues Y1054/Y1059 in its activation loop. Consequently, this leads to a global decrease in the phosphorylation of the receptor and to a reduced activation of most of the signaling cascades induced by VEGF, including the mitogenic PLCγ- ERK1/2 pathway. Moreover, despite this negative role, our work reveals for the first time that DEP-1 contributes in a positive way to promote the survival of endothelial cells via the activation of the Src-Gab1-Akt pathway downstream of VEGFR2. This survival function of DEP-1 in endothelial cells is accomplished by the dephosphorylation of the Src inhibitory tyrosine (Y529). During our study, we identified two residues in the carboxy-terminal tail of DEP-1, Y1311 and Y1320, whose phosphorylation is dependent on Src. These two phosphorylated tyrosine residues bind to the SH2 domain of Src, and our work also revealed that mostly Y1320 is required for Src and Akt activation upon VEGF stimulation of endothelial cells. These findings represent a major step forward in our understanding of the molecular mechanisms by which DEP-1 may regulate the VEGF-dependent angiogenic program. Moreover, the discovery of a positive role for DEP-1 in the survival of endothelial cells could lead to the development of new therapeutic approaches to inhibit this specific function of DEP-1 in order to block pathological angiogenesis.