SHIP2 (SH2 domain-containing inositol polyphosphate 5-phosphatase type 2) est un enzyme de la famille des inositol polyphosphate 5-phosphatases qui déphosphoryle le PtdIns(3,4,5)P3, second messager intervenant dans différentes voies de signalisation cellulaire et impliqué dans de nombreux processus biologiques. La surexpression de SHIP2 en cellule, de même que son invalidation chez la souris, ont montré un rôle de cet enzyme dans le contrôle négatif de la cascade de signalisation de l’insuline et dans la sensibilité à cette hormone. Par ailleurs, plusieurs études de polymorphismes chez l’homme ont montré une association entre ce gène et le diabète de type2. La découverte au sein de notre laboratoire de la délétion d’un motif semblable à ceux présents dans les régions déstabilisatrices de type AU-riche dans la région 3’non codante (3’UTR) du gène SHIP2 chez des patients atteints de diabète de type 2, nous a conduit à explorer le rôle de cette région dans le contrôle de l’expression de SHIP2. Dans ce but, nous avons entrepris d’identifier des protéines capables de lier ce motif AU-riche et d’entraîner l’ARN de SHIP2 vers la dégradation, et ce par deux techniques distinctes : l’une in vivo chez la levure (le triple hybride) et l’autre in vitro, par l’intermédiaire d’une sonde ARN biotinylée. Malheureusement, aucune de ces deux techniques ne nous a permis d’identifier des protéines se liant à l’ARNm de SHIP2. D’autre part, l’analyse de souris génétiquement modifiées présentant dans la région 3’UTR de SHIP2 une mutation similaire à celle observée chez les patients diabétiques n’a pas montré une augmentation significative d’expression de SHIP2 comme on aurait pu s’y attendre. Malgré les différentes techniques mises en place, nous ne sommes pas parvenus à caractériser le rôle joué par le 3’UTR de SHIP2 sur le contrôle de son expression. Dans le but de caractériser l’effet d’une surexpression de SHIP2 et de déterminer si une surexpression de ce gène pouvait mimer le phénotype de diabète de type 2 observé au sein de la population, nous avons généré des souris transgéniques d’addition par transgenèse lentivirale. Deux axes phénotypiques majeurs ont été explorés chez ces souris : le métabolisme du glucose et la prise de poids consécutive à divers régimes alimentaire. Les souris transgéniques présentent un retard dans la captation du glucose en réponse à une surcharge en glucose, s’accompagnant d’un défaut de sécrétion d’insuline. Par contre, aucune altération de la sensibilité à l’insuline n’est observée suite à une injection de cette hormone. Cette absence d’altération de la sensibilité à l’insuline est également soutenue par le fait qu’aucune altération de la captation de glucose n’est observée chez des souris surexprimant le transgène spécifiquement dans le muscle squelettique. Les analyses de prise de poids des souris transgéniques ont révélé une résistance à l’obésité des mâles transgéniques lorsqu’ils sont soumis à un régime alimentaire riche en graisse. Par contre, aucune différence n’est observée sous régime alimentaire conventionnel ou faible en graisse. La plus faible prise de poids des souris transgéniques sous régime riche en graisse s’accompagnant d’une plus faible prise de nourriture, un rôle de SHIP2 dans la régulation du comportement alimentaire et de l’appétit n’est pas à exclure. En conclusion, la surexpression de SHIP2 chez la souris provoque une intolérance au glucose induite, en tout cas en partie, par une plus faible sécrétion d’insuline, ainsi qu’une résistance à l’obésité induite par un régime riche en graisse.

The phosphatidylinositol signaling pathway utilizes inositol-containing second messengers to mediate signaling events. The enzymes that metabolize phosphoinositides can in some cases serve to terminate the signaling actions of phosphoinositides. The inositol polyphosphate 5-phosphatases (5PTases) comprise a large protein family that hydrolyzes 5-phosphates from a variety of inositol phosphate and phosphoinositide substrates. I have examined the substrate specificity of the At5PTase11 protein from the model plant, Arabidopsis thaliana. The At5PTase11 gene (At1g47510) encodes an active 5PTase enzyme that can dephosphorylate the phosphoinositide substrates phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PtdIns(4,5)P2], phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate [PtdIns(3,5)P2], and phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate [PtdIns(3,4,5)P3]. In addition, the At5PTase11 gene is regulated by abscisic acid, jasmonic acid, and auxin, suggesting a role for phosphoinositide action in these signal transduction pathways. To further delineate the function of At5PTase11 in Arabidopsis thaliana, two independent T-DNA insertion mutant lines were isolated (At5ptase11-1 and At5ptase11-2). Analysis of At5ptase11 mutant lines revealed that At5ptase11 mutant seeds germinate slower compared to wild-type seeds. Moreover, At5ptase11 mutant seedlings demonstrated less hypocotyl growth when grown in the dark. These results indicate that At5PTase11 is required for the early stages of seed germination and seedling growth. Since there are 15 predicted 5PTases in Arabidopsis thaliana, a group of 5PTases have been analyzed to identify the 5PTases with similar substrate selectivity. At5PTase1 (At1g34120), At5PTase2 (At4g18010) and At5PTase3 (At1g71710) have been found to hydrolyze all four potential substrates, inositol 1,4,5-trisphosphate [Ins(1,4,5)P3], inositol 1,3,4,5-tetrakisphosphate [Ins(1,3,4,5)P4], PtdIns(4,5)P2, and PtdIns(3,4,5)P3. At5PTase7 (At2g32010) hydrolyzed PtdIns(4,5)P2, and PtdIns(3,4,5)P3 which is similar to the substrate selectivity of At5PTase11. In addition, At5PTase4 (At3g63240), and At5PTase9 (At2g01900) hydrolyzed only PtdIns(4,5)P2. These results indicate that there are different groups of Arabidopsis thaliana 5PTases based on the substrate selectivity. These results suggest that Arabidopsis thaliana 5PTases with similar substrate selectivity may have overlapping functions. In summary, the findings that At5PTase11 is a phospholipid-specific 5PTase and At5PTase11 functions in the early stages of seed germination and seedling growth indicate that 5PTases play important roles in plant growth and development. / Ph. D.

The complete role of inositol signaling in plants and humans is still elusive. The plant Arabidopsis thaliana contains fifteen predicted inositol polyphosphate 5- phosphatases (5PTases, E.C. 3.1.3.36) that have the potential to remove a 5-phosphate from various inositol second messenger substrates. To examine the substrate specificity of one of these Arabidopsis thaliana 5PTases (At5PTases), recombinant At5PTase1 was obtained from a Drosophila melanogaster expression system and analyzed biochemically. This analysis revealed that At5PTase1 has the ability to catalyze the hydrolysis of four potential inositol second messenger substrates. To determine whether At5PTase1 can be used to alter the signal transduction pathway of the major drought-sensing hormone abscisic acid (ABA), plants ectopically expressing At5PTase1 under the control of a constitutive promoter were characterized. This characterization revealed that plants ectopically expressing At5PTase1 had an altered response to ABA. These plants have stomata that are insensitive to ABA, and have lower basal and ABA-induced inositol (1,4,5)-trisphosphate [Ins(1,4,5)P₃] levels. In addition, At5PTase1 mRNA and protein levels are transiently regulated by ABA. These data strongly suggest that At5PTase1 can act as a signal terminator of ABA signal transduction. Like the Arabidopsis At5PTase1, a human 5PTase, Ocrl, has the ability to catalyze the hydrolysis of a 5-phosphate from several inositol-containing substrates. The loss of functional Ocrl protein results in a rare genetic disorder known as Lowe oculocerebrorenal syndrome. To gather information concerning the specificity determinants of the Ocrl protein, a structure-function analysis of Ocrl was conducted using a vibrational technique, difference Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Upon the introduction of Ins(1,4,5)P₃ substrate, structural changes in carboxylic acid and histidine residues were observed. The net result of changes in these residues indicates that upon Ins(1,4,5)P₃ introduction, a carboxylic acid-containing residue is protonated, and a histidine residue is deprotonated. This interpretation supports the idea that the deprotonation of the histidine residue is concomitant with the coordination of a divalent cation upon Ins(1,4,5)P₃ introduction. This work allows for the proposal of a new model for the role of the active site histidine of OCRL. / Ph. D.

SHIP2 (SH2 domain-containing inositol polyphosphate 5-phosphatase type 2) est un enzyme de la famille des inositol polyphosphate 5-phosphatases qui déphosphoryle le PtdIns(3,4,5)P3, second messager intervenant dans différentes voies de signalisation cellulaire et impliqué dans de nombreux processus biologiques.<p>La surexpression de SHIP2 en cellule, de même que son invalidation chez la souris, ont montré un rôle de cet enzyme dans le contrôle négatif de la cascade de signalisation de l’insuline et dans la sensibilité à cette hormone. Par ailleurs, plusieurs études de polymorphismes chez l’homme ont montré une association entre ce gène et le diabète de type2.<p>La découverte au sein de notre laboratoire de la délétion d’un motif semblable à ceux présents dans les régions déstabilisatrices de type AU-riche dans la région 3’non codante (3’UTR) du gène SHIP2 chez des patients atteints de diabète de type 2, nous a conduit à explorer le rôle de cette région dans le contrôle de l’expression de SHIP2.<p>Dans ce but, nous avons entrepris d’identifier des protéines capables de lier ce motif AU-riche et d’entraîner l’ARN de SHIP2 vers la dégradation, et ce par deux techniques distinctes :l’une in vivo chez la levure (le triple hybride) et l’autre in vitro, par l’intermédiaire d’une sonde ARN biotinylée. Malheureusement, aucune de ces deux techniques ne nous a permis d’identifier des protéines se liant à l’ARNm de SHIP2. D’autre part, l’analyse de souris génétiquement modifiées présentant dans la région 3’UTR de SHIP2 une mutation similaire à celle observée chez les patients diabétiques n’a pas montré une augmentation significative d’expression de SHIP2 comme on aurait pu s’y attendre.<p>Malgré les différentes techniques mises en place, nous ne sommes pas parvenus à caractériser le rôle joué par le 3’UTR de SHIP2 sur le contrôle de son expression.<p>Dans le but de caractériser l’effet d’une surexpression de SHIP2 et de déterminer si une surexpression de ce gène pouvait mimer le phénotype de diabète de type 2 observé au sein de la population, nous avons généré des souris transgéniques d’addition par transgenèse lentivirale.<p>Deux axes phénotypiques majeurs ont été explorés chez ces souris :le métabolisme du glucose et la prise de poids consécutive à divers régimes alimentaire.<p>Les souris transgéniques présentent un retard dans la captation du glucose en réponse à une surcharge en glucose, s’accompagnant d’un défaut de sécrétion d’insuline. Par contre, aucune altération de la sensibilité à l’insuline n’est observée suite à une injection de cette hormone. Cette absence d’altération de la sensibilité à l’insuline est également soutenue par le fait qu’aucune altération de la captation de glucose n’est observée chez des souris surexprimant le transgène spécifiquement dans le muscle squelettique.<p>Les analyses de prise de poids des souris transgéniques ont révélé une résistance à l’obésité des mâles transgéniques lorsqu’ils sont soumis à un régime alimentaire riche en graisse. Par contre, aucune différence n’est observée sous régime alimentaire conventionnel ou faible en graisse. La plus faible prise de poids des souris transgéniques sous régime riche en graisse s’accompagnant d’une plus faible prise de nourriture, un rôle de SHIP2 dans la régulation du comportement alimentaire et de l’appétit n’est pas à exclure.<p>En conclusion, la surexpression de SHIP2 chez la souris provoque une intolérance au glucose induite, en tout cas en partie, par une plus faible sécrétion d’insuline, ainsi qu’une résistance à l’obésité induite par un régime riche en graisse.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

To survive, an organism must constantly adjust its internal state to changes in the environment from which it receives signals. The signals set off a chain of events referred to signal transduction. Signal transduction systems are especially important in multicellular organisms, such as plants and animals, because of the need to coordinate the activities of hundreds to trillions of cells. Plants, in particular, have a special need for perceiving signals from their environment because of their static nature. As in the animal cell, the first steps in perception of a signal include signal interaction with a receptor, signal amplification through second messenger production, and signal termination through second messenger hydrolysis. Myo-inositol polyphosphate 5-phosphatases (5PTases) (EC 3.1.3.56) have unique signal terminating abilities toward the second messenger inositol trisphosphate (Ins (1,4,5)P3, InsP3). In Arabidopsis thaliana there are 15 members of the 5PTase family, the majority of which contain a single 5PTase catalytic domain. Four members of the Arabidopsis 5PTase family, however, have a unique protein domain structure, with additional N-terminal WD40 repeats that are implicated in protein-protein interactions. The research presented here focused on the identification of 5PTase interacting proteins and the characterization of their functional role in Arabidopsis. To accomplish this goal, I examined a 5PTase13-interacting protein, the sucrose (Suc) nonfermenting-1-related kinase, SnRK1.1, an important energy sensor that is highly conserved among eukaryotes. My identification of a 5PTase13:SnRK1.1 complex points to the novel interaction of this metabolic modulator and inositol signaling/metabolism. 5PTase13 , however, plays a regulatory role in other plant specific processes as well, since I also identified the Arabidopsis homolog (Atp80) of the human WDR48 (HsWDR48, Hsp80) as a novel protein interactor of 5PTase13. My results indicate that Atp80 is important for leaf emergence, development and senescence likely via a regulatory interaction with 5PTase13 and PINOID â binding protein (PBP1). / Ph. D.