Le gène par-4 code pour une kinase à sérine/thréonine très conservée qui régule la polarisation précoce et la division cellulaire asymétrique de l’embryon de C. elegans. Une mutation de par-4 entraîne la létalité embryonnaire en perturbant trois processus: la ségrégation asymétrique des déterminants cellulaires, la régulation asynchrone de la progression du cycle cellulaire et la contractilité du réseau d’actomyosine. Pour identifier des régulateurs des voies de signalisation de PAR-4, nous avons procédé à un criblage pour des suppresseurs de la létalité embryonnaire associée à une mutation de par-4. Nous avons identifié 6 gènes qui codent pour des homologues conservés avec des activités définies telles que la phosphorylation, l’ubiquitination, la protéolyse et l’échafaudage. En employant l’imagerie quantitative pour suivre des événements cellulaires dépendants de PAR-4, nous avons déterminé quels processus sont contrôlés par chaque suppresseur durant le développement embryonnaire de C. elegans. Des analyses moléculaires de ces suppresseurs ont révélé des détails sur le mécanisme par lequel PAR-4 régule la polarisation cellulaire et promeut la division cellulaire asymétrique. / The gene lkb1 codes for a highly conserved serine/threonine kinase. The orthologue of lkb1 in the nematode Caeonorhabditis elegans, termed par-4, regulates early polarization and asymmetric cell division in the embryo. A mutation in par-4 causes embryonic lethality by perturbing three main cellular processes: asymmetric segregation of cell fate determinants, asynchronic regulation of cell cycle progression and contractility of the actomyosin network. To identify regulators of the PAR-4/LKB1-dependent pathways, we performed a screen for suppressors of the embryonic lethality associated with a mutation in par-4. We identified 6 genes that have conserved homologs with defined activities including protein phosphorylation, ubiquitination, proteolysis and scaffolding. We used quantitative imaging of specific PAR-4-dependent cellular events to determine which of these are controlled by each suppressor during early C. elegans embryonic development. Molecular analysis of these suppressors revealed details on the mechanism through which PAR-4 regulates cell polarization and promotes asymmetric cell division.

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides. / Growth hormone releasing peptides (GHRPs) are small synthetic peptides aimed at stimulating GH release from the pituitary through their binding to ghrelin receptor known as growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). Using the GHRP, hexarelin to study tissue distribution of GHS-R1a and its GH-independent effect, it was observed that hexarelin was capable of binding to a second receptor identified as scavenger receptor CD36. While having multiple ligands, CD36 is mainly known for binding and internalizing oxLDL and long chain fatty acids. CD36 is thought to play a detrimental role in macrophage derived foam cell formation and development of atherosclerosis. Previously, we have shown that in macrophages, expressing both GHS-R1a and CD36, hexarelin promoted an activation of PPARƔ via GHS-R1a but also through its binding to CD36. This activation led to the induction of the LXRα-ABC transporters pathway and an increase in cholesterol efflux, reducing lipid-laden macrophage content. This positive effect on macrophages was reproduced in apolipoprotein E-null mice on a high fat diet treated with hexarelin. A significant reduction in the size of atherosclerotic lesions was observed while similar increases in the expression of PPARƔ, LXRα and ABC transporters occurred in isolated peritoneal macrophages. CD36 also plays a role in fatty acid uptake, and to further investigate the impact of the interaction of hexarelin with CD36, we aimed at evaluating the role of CD36 in regulating lipid metabolism in cells devoid of GHS-R1a such as adipocytes and hepatocytes. In the present thesis, we demonstrated through its interaction with hexarelin, the ability of CD36 to decrease intracellular lipid content in both adipocytes and hepatocytes. In adipocytes, hexarelin was able to increase the expression of several genes involved in fatty acid mobilization, fatty acid oxidation but also to induce the expression of the thermogenic markers, PGC-1α and UCP-1. In addition, hexarelin increased the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis which was accompanied by mitochondrial morphological changes in agreement with what is usually seen in highly oxidative cells. In support of these findings, we also observed an increase in the activity of cytochrome c oxidase (a component of the respiratory chain) which could reflect an increase in oxidative phosphorylation. The results generated with cultured white adipocytes suggest the ability of hexarelin to promote changes toward a brown fat-like phenotype which also occurred in vivo and was dependent on the presence of CD36. In hepatocytes, CD36 was capable of regulating cholesterol metabolism by rapidly phosphorylating LKB1 and AMPK which subsequently resulted in the inactivating phosphorylation of HMG-CoA reductase, the rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis. Hexarelin via CD36 also induced the recruitment of insig-2 to HMGR, the committed step in HMGR degradation while lifting the exerted inhibitory effect of Erk on nuclear receptor PPARƔ activity, and promoting the recruitment of AMPK to PPARƔ coactivator PGC-1α, suggesting an enhanced transcriptional potential of PPARƔ. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms by which CD36 is capable of regulating lipid metabolism.

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides. / Growth hormone releasing peptides (GHRPs) are small synthetic peptides aimed at stimulating GH release from the pituitary through their binding to ghrelin receptor known as growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a). Using the GHRP, hexarelin to study tissue distribution of GHS-R1a and its GH-independent effect, it was observed that hexarelin was capable of binding to a second receptor identified as scavenger receptor CD36. While having multiple ligands, CD36 is mainly known for binding and internalizing oxLDL and long chain fatty acids. CD36 is thought to play a detrimental role in macrophage derived foam cell formation and development of atherosclerosis. Previously, we have shown that in macrophages, expressing both GHS-R1a and CD36, hexarelin promoted an activation of PPARƔ via GHS-R1a but also through its binding to CD36. This activation led to the induction of the LXRα-ABC transporters pathway and an increase in cholesterol efflux, reducing lipid-laden macrophage content. This positive effect on macrophages was reproduced in apolipoprotein E-null mice on a high fat diet treated with hexarelin. A significant reduction in the size of atherosclerotic lesions was observed while similar increases in the expression of PPARƔ, LXRα and ABC transporters occurred in isolated peritoneal macrophages. CD36 also plays a role in fatty acid uptake, and to further investigate the impact of the interaction of hexarelin with CD36, we aimed at evaluating the role of CD36 in regulating lipid metabolism in cells devoid of GHS-R1a such as adipocytes and hepatocytes. In the present thesis, we demonstrated through its interaction with hexarelin, the ability of CD36 to decrease intracellular lipid content in both adipocytes and hepatocytes. In adipocytes, hexarelin was able to increase the expression of several genes involved in fatty acid mobilization, fatty acid oxidation but also to induce the expression of the thermogenic markers, PGC-1α and UCP-1. In addition, hexarelin increased the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis which was accompanied by mitochondrial morphological changes in agreement with what is usually seen in highly oxidative cells. In support of these findings, we also observed an increase in the activity of cytochrome c oxidase (a component of the respiratory chain) which could reflect an increase in oxidative phosphorylation. The results generated with cultured white adipocytes suggest the ability of hexarelin to promote changes toward a brown fat-like phenotype which also occurred in vivo and was dependent on the presence of CD36. In hepatocytes, CD36 was capable of regulating cholesterol metabolism by rapidly phosphorylating LKB1 and AMPK which subsequently resulted in the inactivating phosphorylation of HMG-CoA reductase, the rate-limiting enzyme in cholesterol synthesis. Hexarelin via CD36 also induced the recruitment of insig-2 to HMGR, the committed step in HMGR degradation while lifting the exerted inhibitory effect of Erk on nuclear receptor PPARƔ activity, and promoting the recruitment of AMPK to PPARƔ coactivator PGC-1α, suggesting an enhanced transcriptional potential of PPARƔ. The results generated during my graduate studies represent unique and novel mechanisms by which CD36 is capable of regulating lipid metabolism.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Cervical cancer is caused by the persistent infection of human papilloma virus (HPV) in the cervix epithelium. Although effective preventative care is available, the widespread nature of infection and the variety of HPV strains unprotected by HPV vaccines necessitate a better understanding of the disease for development of new therapies. A major tumor suppressing mechanism is the inhibition of cell division by tissue structure; however, the underlining molecular circuitry for this regulation remains unclear. Recently, the Yap transcriptional co-activator has emerged as a key growth promoter that mediates contact growth arrest and limits organ size. Thus, we aimed to uncover upstream signals that connect tissue organization to Yap regulation in the inhibition of cervical cancer. Two events that disrupt tissue structure were examined including the loss of the tumor suppressor LKB1 and the expression of the viral oncogene HPV16-E6. We identified that Yap mediates cell growth regulation downstream of both LKB1 and E6. Restoration of LKB1 expression in HeLa cervical cancer cells, which lack this tumor suppressor, or shRNA knockdown of LKB1 in NTERT immortalized normal human dermal keratinocytes, demonstrated that LKB1 promotes Yap phosphorylation, nuclear exclusion, and proteasomal degradation. The ability of phosphorylation-defective Yap mutants to rescue LKB1 phenotypes, such as reduced cell proliferation and cell size, suggest that Yap inhibition contributes to LKB1 tumor suppressor function(s). Interestingly, LKB1’s suppression of Yap activity required neither the canonical Yap kinases, Lats1/2, nor metabolic downstream targets of LKB1, AMPK and mTORC1. Instead, the scaffolding protein NF2 was required for LKB1 to induce a specific actin cytoskeleton structure that associates with Yap suppression. Meanwhile, HPV16-E6 promoted Yap activation in all stages of keratinocyte differentiation. E6 activated the Rap1 small GTPase, which in turn promoted Yap activity. Since Rap1 does not mediate differentiation inhibition caused by E6, E6 may play a role in promoting cell growth through Rap1-Yap activation rather than preventing growth arrest through the disruption of differentiation. Altogether, the LKB1-NF2-Yap and E6-Rap1-Yap pathways represent two examples of a novel phenomenon, whereby the structure of a cell directly influences its gene expression and proliferation.