The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker. / Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / Le processus complexe de division des cellules eucaryotes repose en grande partie sur l'organisation et la régulation méticuleuses de divers composants cellulaires, tels que les microtubules et le cortex d'actine. La coordination entre ces deux structures est essentielle au cours de la division cellulaire car un défaut de cette dernière peut conduire à une aneuploïdie. Le rôle des microtubules est central dans la division cellulaire, en particulier lors de la mitose. Lorsque les cellules entrent en mitose, elles subissent un processus de remodelage rapide et dynamique, au cours duquel les microtubules de l'interphase se désassemblent et se réassemblent, à partir des centrosomes, en microtubules plus courts et plus dynamiques. Lorsque la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD) se produit, ces microtubules s'étendent et atteignent les chromosomes, formant un fuseau bipolaire au centre duquel les chromosomes seront alignés. Une fois les chromosomes alignés correctement, le point de contrôle d'assemblage du fuseau est satisfait et les cellules entrent en anaphase, au cours de laquelle les chromosomes se séparent. L'importance du cytosquelette d'actine au cours de la mitose est largement reconnue. Lors de l'entrée en mitose, les cellules perdent leurs adhésions focales, leurs extrémités se rétractent, elles s'arrondissent et le fuseau mitotique se forme. La mise en place de cette réorganisation cellulaire nécessite l'activation du complexe Cyclin B/CDK1 puis sa relocalisation vers le noyau. La géométrie de l'adhésion cellulaire peut influencer la position du fuseau mitotique et la mémoire des événements cellulaires entre générations, soulignant l'importance du cytosquelette d'actine dans le processus d'entrée en mitose. Alors que les changements dans la dynamique des microtubules et du cytosquelette d'actine lors de l'entrée en mitose semblent indépendant l'un de l'autre, des observations récentes suggèrent qu'il y aurait des interactions entre le fuseau mitotique et le cortex d'actine par l'intermédiaire des GTPases (Matthews et al., 2012). Les GTPAses de la famille RHO sont activées par les facteurs d'échange nucléotidiques (GEFs) en réponse à une pléthore de stimuli extracellulaires, régulant plusieurs réponses cellulaires telles que la prolifération, la différentiation et le mouvement. De nombreux événements de signalisation cellulaire sont contrôlés par les GTPAses de la famille RHO, notamment les changements dans la morphologie cellulaire, l'adhésion, la motilité, la progression du cycle cellulaire, la survie, l'apoptose et la cytokinèse. ARHGEF17, aussi appelé TEM4 (tumor endothelial marker 4), une protéineGEF de la famille RHO, qui est spécifique de RHOA/B/C, est impliquée dans la régulation du cytosquelette interphasique. Il a été démontré que TEM4 se lie directement à l'actine et aux filaments d'actine dynamiques nouvellement assemblés via son extrémité N-terminale, indépendamment de son activité RHOGEF. Dans les cellules en interphase, il est suspecté que TEM4 et RHOC suppriment la contractilité de la myosine et contrôlent le désassemblage des adhésions focales. TEM4 a aussi été identifiée comme une protéine essentielle à la mitose requise pour la localisation du fuseau monopolaire 1 (MPS1) au kinétochore. L'objectif de cette thèse est d'identifier les fonctions de TEM4 au cours du cycle cellulaire. Cette étude met en évidence le manque de spécificité de l'anticorps commercial le plus communément utilisé pour marquer TEM4 et démontre que cette protéine joue un rôle crucial dans l'entrée en mitose, l'alignement des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. L'inhibition de l'expression de TEM4 empêche les cellules de s'arrondir et altère l'actine corticale dans les cellules mitotiques, entrainant une augmentation de RHOA actif, comme le montre la quantification de la RHOA-GTP au niveau du cortex mitotique, ce qui confirme sa fonction de régulateur de la contractilité cellulaire. Les phénotypes mitotiques observés en absence de TEM4 sont dus en partie à de faible niveaux de Cyclin B, expliquant le délai mitotique observé. L'expression exogène de Cyclin B rétablit la progression du cycle cellulaire, augmente l'index mitotique et résout l'excès de chromosomes retardés observé en absence de TEM4. Dans l'ensemble, cette étude apporte un nouvel éclairage sur l'importance de TEM4 dans le cycle cellulaire et contribue aux connaissances de son rôle dans les mécanismes cellulaires. / The intricate process of eukaryotic cell division relies heavily on the meticulous organization and regulation of various cellular components, such as the microtubules and the actin-based cortex. Proper coordination between these two structures is essential during cell division, as failure to do so can result in aneuploidy. The role of microtubules is central to cell division, particularly during mitosis. When cells enter mitosis, they undergo a rapid and dynamic remodeling process, during which the interphase microtubules disassemble and give rise to shorter, more dynamic microtubules emanating from centrosomes. Once Nuclear Envelope Breakdown (NEBD) occurs, these microtubules extend and reach the chromosomes, forming a bipolar spindle in the midzone of which captured chromosomes will align. Upon achieving proper orientation and satisfying the spindle assembly checkpoint, cells enter anaphase, during which the chromosomes separate. The importance of the actin cytoskeleton during the process of mitosis is widely recognized. Mitotic entry is characterized by the retraction of the cell margin, followed by the rounding up of the cell and the formation of the mitotic spindle. CDK1-Cyclin B activation and subsequent translocation into the nucleus are required for this process to occur. Upon activation of the complex and its translocation to the nucleus, there is a loss of cellular adhesion, followed by cell rounding up, culminating in mitotic entry. The geometry of cell adhesion can also impact the position of the mitotic spindle and the memory of cellular events between cell generations, highlighting the significance of the actin cytoskeleton to the mitotic entry process. While changes in the dynamics of the microtubule and actin cytoskeletons at the onset of mitosis appear to occur independently, recent evidence suggests that there may be crosstalk between the mitotic spindle and the actin cortex through GTPases (Matthews et al., 2012). RHO family GTPases are activated by guanine nucleotide-exchange factors (GEFs) in response to a plethora of extracellular stimuli, regulating several cellular responses, such as proliferation, differentiation, and movement. Among the numerous signaling events driven by RHO family GTPases are changes in cell morphology, adhesion, motility, cell cycle progression, survival, apoptosis, and cytokinesis. ARHGEF17, also called TEM4 (tumor endothelial marker 4), a RHO family GEF specific for RHOA/B/C, has been shown to regulate the interphase cytoskeleton. TEM4 has been shown to directly bind actin, specifically dynamic newly assembled actin filaments, via its N-terminus independently of its RHOGEF activity. In interphase cells, TEM4 and RHOC are proposed to suppress myosin contractility and to control focal adhesion disassembly. TEM4 has also been identified as an essential mitotic protein required for the localization of Monopolar Spindle 1 (MPS1) at the kinetochore. This thesis aims to understand the functions of TEM4 during the cell cycle. This study highlights the lack of specificity of the most commonly used commercial antibody against TEM4 and provides evidence that TEM4 plays a crucial role in mitotic entry, chromosome alignment, and spindle formation. The downregulation of TEM4 prevents cells from rounding up and alters cortical actin in mitotic cells, leading to an increased activation of RHOA, as shown by quantification of RHOA-GTP at the mitotic cortex, confirming its function as a regulator of cellular contractility. The mitotic phenotypes observed in the absence of TEM4 are found to be partially due to low levels of Cyclin B, explaining the observed mitotic delay. The expression of exogenous Cyclin B restores cell cycle progression, increases the mitotic index, and rescues the excessively lagging chromosomes observed in the absence of TEM4. Overall, despite the limited literature available on TEM4, this study sheds new light on the importance of TEM4 in the cell cycle and contributes to our understanding of this protein's role in cellular processes.

HIP1R (Huntingtin interacting protein 1-related) a des rôles dans l’endocytose médiée par la clathrine, l’apoptose et la mitose. Elle induit l’assemblage de la clathrine, régule la polymérisation de l’actine, contribue au clivage de la caspase-9 et aide l’ancrage des chromosomes sur les microtubules lors de la métaphase. Les domaines protéiques responsables de ces contributions et les facteurs permettant à HIP1R de changer de rôle ne sont pas encore bien connus. Nous avons utilisé la technique du knock-down et nous avons réintroduit des versions mutées ou tronquées d’HIP1R pour caractériser ses rôles en modifiant ses liaisons avec ses partenaires. Les résultats indiqueraient qu’HIP1R participe principalement à l’internalisation des plaques de clathrine et qu’HIP1R n’induit pas l’activation de la caspase-3. Finalement, nous avons montré que la liaison d’HIP1R avec la clathrine lui confère son rôle lors de la mitose lui permettant ainsi de se localiser sur les microtubules pendant la métaphase.

La division cellulaire constitue le principe fondamental de la vie et repose sur des changements architecturaux cellulaires spectaculaires. Plusieurs de ces changements sont dirigés par le remodelage précis de structures mécano-sensibles à base d'actine. De plus en plus d'évidences suggèrent une relation étroite entre le contrôle de qualité des protéines et la régulation spatiotemporelle de la dynamique des structures d'actine entre autres, par l'intermédiaire de mécanismes de séquestration ou de dégradation des protéines. Les petites protéines de choc thermique (HSPB) sont des chaperons moléculaires qui font partie intégrante du réseau de contrôle de qualité des protéines, lesquelles contribuent à l'homéostasie du protéome. Ces chaperons émergent comme des modulateurs des structures à base d'actine en conditions physiologiques et comme des protecteurs de l'intégrité de ces structures en conditions de stress. Selon le modèle prévalent, l'assemblage des HSPB en structures oligomériques dynamiques leur confère leur fonction dans la séquestration de composantes cellulaires pour prévenir une agrégation protéique non-spécifique. Néanmoins, leur mode d'action demeure encore élusif : le fait que certaines HSPB ne formeraient pas d'oligomères suggère un autre mécanisme d'action pour ces HSPB. C'est le cas de HSPB8, qui forme un complexe avec le co-chaperon moléculaire BAG3. Les prémices des travaux de cette thèse ont été la découverte d'un nouveau rôle pour ce complexe au cours de la mitose : BAG3, d'une manière dépendante de son association avec HSPB8, facilite le remodelage drastique du cytosquelette d'actine requis pour le positionnement du fuseau mitotique et la ségrégation adéquate des chromosomes. L'objectif de cette thèse était d'identifier le mode de régulation de la fonction mitotique de BAG3-HSPB8 et de disséquer les mécanismes moléculaires impliqués qui facilitent le remodelage du cytosquelette d'actine mitotique. Les travaux de cette thèse apportent des évidences que la modulation des fonctions mitotiques de BAG3 est dépendante de sa phosphorylation par la kinase mitotique CDK1 sur des résidus spécifiques ; Thr285 et Ser386. Ces phosphorylations lui confèrent une activité différentielle sur l'arrondissement cellulaire versus le positionnement du fuseau mitotique. De plus, BAG3 serait phosphorylée dès la phase G2/M sur le résidu Ser195, ce qui modulerait son enrichissement en périphérie du noyau à la transition G2/M. Nos résultats suggèrent que ces phosphorylations seraient impliquées dans la modulation d'associations protéiques différentielles, selon les phases du cycle cellulaire. En outre, l'entrée des cellules en mitose est marquée par l'association de BAG3 avec des protéines du cytosquelette d'actine, telle que cortactine, ainsi qu'avec des acteurs du contrôle de qualité des protéines, notamment le récepteur autophagique p62/SQSTM1 et la déacétylase HDAC6. De manière cruciale, la phosphorylation et les associations protéiques mitotiques de BAG3 sont dépendantes de sa liaison à HSPB8. Nos résultats suggèrent un model selon lequel le complexe BAG3-HSPB8 régule l'assemblage de p62/SQSTM1 en corps supramoléculaires qui pourraient offrir une plateforme pour isoler et réguler l'assemblage de complexes protéiques impliqués dans le remodelage des structures d'actine mitotiques. Via ce mécanisme d'action, BAG3-HSPB8 limiterait la polymérisation de l'actine branchée dépendante d'Arp2/3, en modulant négativement l'activité déacétylase de HDAC6 sur son substrat cortactine, un processus qui faciliterait l'arrondissement mitotique. Ainsi, nos résultats mettent en avant un rôle central pour la phosphorylation de BAG3 dans la modulation de son action mitotique, en étroite collaboration avec ses partenaires HSPB8 et p62/SQSTM1. L'ensemble de nos données contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels le complexe chaperon BAG3-HSPB8 orchestre le remodelage dynamique des structures cellulaires mitotiques à base d'actine et facilite les changements de forme des cellules requis pour la progression mitotique. Ces travaux ont également permis l'identification de nouvelles cibles moléculaires du complexe chaperon, entre autres impliquées dans la dynamique du cytosquelette d'actine. Ces travaux offrent de nouvelles pistes d'investigations intéressantes concernant le développement de pathologies associées à une dérégulation du complexe BAG3-HSPB8, notamment dans la progression tumorale. / Cell division is the fundamental principle of life and is based on spectacular cellular architectural changes. Many of them are driven by the accurate remodeling of mechanosensitive actin-based structures. Growing evidence suggests a close relationship between protein quality control and the spatiotemporal regulation of actin remodeling, through mechanisms that would promote protein sequestration and/or degradation. Small heat shock proteins (HSPBs) are molecular chaperones that are an integral part of the protein quality control network, which contribute to maintain proteome homeostasis. They emerge as modulators of actin-based structures under physiological conditions and as guardians of the integrity of cytoskeletal structures under stress conditions. According to the prevailing model, the assembly of HSPBs into large oligomers confers them with the ability to sequester cellular components and prevent unspecific aggregation of damaged proteins. Nevertheless, their mode of action remains elusive: the observation that some HSPBs do not form oligomers suggests another mechanism of action for these HSPBs. This is the case for HSPB8, which forms a complex with the molecular co-chaperone BAG3. The working model of this thesis is based on the initial discovery in our laboratory of a new role for this complex during cell division: BAG3 facilitates the drastic remodeling of the actin cytoskeleton required for spindle positioning and proper segregation of chromosomes, in a manner that requires HSPB8. The aim of this thesis was to identify the mechanisms whereby such a function of the BAG3-HSPB8 chaperone complex is regulated, and to investigate how the complex can facilitate mitotic actin cytoskeleton remodeling. The work presented here provides evidence that the modulation of BAG3 mitotic functions depends on its phosphorylation by the mitotic kinase CDK1 at specific residues, Thr285 and Ser386, which confers differential activity on cell rounding versus mitotic spindle positioning. Evidence also suggests that BAG3 would be phosphorylated earlier in the G2/M phase, at Ser195, which would modulate its perinuclear enrichment. Our results suggest that these phosphorylations could be involved in defining specific protein associations, in a cell-cycle dependent manner. In addition, we found that mitotic entry is marked by the stimulation of BAG3'sassociation with proteins that organize the actin cytoskeleton, such as cortactin, as well as with protein quality control actors, notable, the autophagic receptor p62/SQSTM1 and the deacetylase HDAC6. Critically, BAG3 phosphorylation and its associations with mitotic protein partners rely on its binding to HSPB8. The results suggests a model whereby the BAG3-HSPB8 complex would regulate the molecular assembly of p62/SQSTM1 into mitotic bodies that could provide a platform to sequester and facilitate protein complex assembly implicated in mitotic actin cytoskeleton remodeling. Via this mechanism, BAG3-HSPB8 could limit branched actin polymerization that depends on Arp2/3 activity, by down-modulating HDAC6 deacetylase activity towards its substrate cortactin, a process that would facilitate mitotic cell rounding. Thus, our results highlight a central role of BAG3 phosphorylation in the modulation of its mitotic action, in close relationship with its partners HSPB8 and p62. Altogether, our data contribute to a better understanding of the molecular mechanisms by which the BAG3-HSPB8 chaperone complex orchestrates the dynamic remodeling of mitotic cell structures and thereby, facilitates the cell shape changes required for mitotic progression. This study has also identified new molecular targets of the chaperone complex there are, among others, involved in the dynamics of the actin cytoskeleton. Thus, this work offers new avenues of investigation regarding the development of pathologies associated with a deregulation of the BAG3-HSPB8 complex, particularly in tumor progression.

Orientador: Jorg Kobarg / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:15:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EdmarciaElisa_D.pdf: 15682912 bytes, checksum: e58bfe67bbf5f3bc0979ec28db650292 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: As proteínas Neks (NIMA-related kinases) representam uma família de 11 quinases humanas nomeadas Nek1 a 11 que compartilham 40 a 45% de identidade de sequência com o regulador mitótico NIMA identificado em Aspergillus nidulans. O sinergismo entre os mecanismos que dirigem a mitose é essencial para a adequada divisão celular e sua desregulação é correlacionada ao aparecimento de cânceres humanos. As Neks são essenciais para progressão do ciclo celular e por isso têm recebido especial atenção como alvos para terapia do câncer. A Nek7 humana, por sua vez, contribui para formação do fuso mitótico e biogênese dos centrossomos. Neste trabalho, nós revelamos a Nek7 como uma quinase multifuncional. Nossos estudos demonstraram um amplo espectro de proteínas de interações com a Nek7 humana, classificadas dentro de múltiplas categorias funcionais, sobretudo, da divisão celular. Alguns novos parceiros de interação também são seus potencias substratos e, ainda, localizam com a Nek7 em estruturas essenciais para a mitose e citocinese. Nós evidenciamos ainda, que através de mecanismos distintos, os domínios N- e C-terminal de Nek6 e Nek7 podem contribuir diferencialmente para a regulação e catálise e podem proporcionar a base estrutural para a independência funcional dessas quinases na sinalização celular. Além disso, usando estudos baseados microscopia confocal e RNAi (RNA interference), nós mostramos que o interactor de Nek7, a proteína RGS2, é necessária para organização e orientação do fuso mitótico. Células em metáfase suprimidas de RGS2 apresentaram fenótipos tais como: prisão na mitose; defeitos na tensão dos cinetocóros e alinhamento dos cromossomos; desorganização do fuso mitótico; perturbação na redistribuição de proteínas do polo do fuso envolvidas em nucleação; mal-orientação do fuso mitótico; e redução de microtúbulos dos ásteres e de dinâmica. Além disso, tanto a supressão quanto a superexpressão das formas selvagem e quinase dead de Nek7 prejudicaram o recutamento de ?-tubulina para o polo do fuso. Esses achados introduz a participação de RGS2 na mitose e indicam que esta pode atuar cooperativamente com Nek7 para a precisa organização e formação do fuso mitótico. Por fim, empregando biologia de sistemas, nós mostramos um compreensivo interactoma das Neks, destacando para um possível crosstalking de todos os membros da família nos processos de regulação de centríolos e mitose; função ciliar e ciliopatias; e resposta a dano de DNA / Abstract: The Neks (NIMA-related kinases) proteins represent a human kinases family named Nek1 to 11 that share 40 to 45% of sequence identity with the established NIMA mitotic regulator, identified in Aspergillus nidulans. The synergism of the mechanisms that drive mitosis is essential for proper cell division and its dysregulation is correlated with the occurrence of human cancers. The Neks are essential for cell cycle progression and therefore have received attention as targets for cancer therapy and other diseases. Human Nek7 contributes to mitotic spindle formation and centrosome biogenesis. Herein, we reveal Nek7 as a multifunctional kinase. Our proteomic studies have demonstrated a broad spectrum of interaction proteins of human Nek7 classified into multiple functional categories, especially, cell division. Some new interaction partners are also potential Nek7 substrates and localize in key structure during mitosis and cytokinesis. We also evidenced that, through different mechanisms, the N- and C- terminal domains of Nek7 and Nek6 can differentially contribute to the regulation and catalysis and provide the basis for a functional independence of Nek6 and Nek7 in cell signaling. Furthermore, using studies based in confocal microscopy and RNAi we showed the Nek7 interactor, RGS2 protein, is required for organization and orientation of the mitotic spindle. Metaphase cells RGS2-depleted showed phenotypes such as: arrest in mitosis; defects in tension kinetochores and alignment chromosomes; disruption of the mitotic spindle; disturbance in the proteins redistribution of the spindle pole involved in nucleation and microtubule dynamics; mitotic spindle misorientation; and astral microtubules reduction. Furthermore, the suppression or both overexpression of Nek7 wild type or kinase dead impaired the recruitment of ?-tubulin to the spindle pole. These findings introduce the involvement of RGS2 in mitosis and indicate that it may act cooperatively with Nek7 for proper mitotic spindle organization and formation. Finally, employing systems biology, we showed a comprehensive Neks interactome, highlighting for a possible crosstalking of all family members in centrioles and mitosis regulation; ciliary and ciliopathies function; and response to DNA damage / Doutorado / Bioquimica / Doutora em Biologia Funcional e Molecular

Le cycle cellulaire est finement régulé dans le temps et l'espace. Nous avons abordé les aspects dynamiques des interactions que la cycline A2 entretient avec ses partenaires Cdk1, Cdk2 et l'ubiquitine au cours du cycle cellulaire, dans des lignées cellulaires humaines. A cette fin, nous avons eu recours aux approches de FRET (Förster/fluorescence resonance energy transfer) et de FLIM (fluorescence lifetime imaging microscopy). Ceci nous a permis de montrer que les formes ubiquitinylées de la cycline A2 apparaissent principalement sous forme de foyers en prométaphase et se propagent ensuite à l'ensemble de la cellule. En outre, nous avons découvert que l'autophagie participe à la dégradation de cette cycline en mitose. Nous discutons les implications de ces observations quant à un rôle éventuel de la cycline A2 au moment de la formation de l'anneau de constriction, ainsi que de la participation de l'autophagie via cette cycline, dans la réponse aux dommages à l'ADN en mitose. / The cell cycle is finely regulated in time and space. We have studied the dynamical aspect of the interactions between cyclin A2 and its partners Cdk1, Cdk2 and ubiquitin during the cell cycle, in human cell lines. To this aim, we have used FRET (Förster/fluorescence resonance energy transfer) and FLIM (fluorescence lifetime imaging microscopy) techniques. We have thus shown that ubiquitylated forms of cyclin A2 are detected predominantly in foci in prometaphase, before spreading throughout the cell. Moreover, we have shown that autophagy contributes to cyclin A2 degradation in mitosis. We discuss the implications of these observations regarding a possible role of cyclin A2 when the cleavage furrow forms, and the participation of autophagy in DNA damage response in mitosis.

Au cours de la division cellulaire, l'information génétique doit être transmise de façon précise et identique de la cellule mère aux cellules filles. Le génome est répliqué au cours de la phase S tandis que la distribution des deux copies entre les cellules filles se fait au cours de la mitose. L'initiation et le maintien de la mitose nécessite un équilibre contrôlé entre les activités des kinases et des phosphatases. La protéine kinase Greatwall est requise pour l'entrée et le maintien de la mitose à travers l'inhibition de la PP2A, la principale phosphatase qui déphosphoryle les substrats du complexe Cdk1-cycline B. Au cours de ce travail, nous avons entrepris l'étude structure/fonction de la protéine kinase Greatwall qui nous a permis de caractériser ses mécanismes d'activation. Nos résultats montrent que Greatwall appartient à la famille des AGC kinases mais qu'elle présente la particularité d'être contrôlée par des mécanismes qui lui sont propres: l'activation de la protéine, qui se fait en deux étapes, est différente de celle décrite pour les autres membres de cette famille de kinases. Par la suite, nous avons identifié deux substrats de la protéine kinase Greatwall, Arpp19 (cAMP-Regulated Phosphoprotein 19) et l'alpha-Endosulfine (ENSA). Nous avons montré qu'une fois phosphorylées par Greatwall, ces deux protéines s'associent à la PP2A et inhibent cette phosphatase. Malgré le fait que ces deux substrats soient capables d'inhiber la PP2A, seul Arpp19 endogène est responsable de l'inhibition de la phosphatase pour promouvoir l'entrée en mitose dans le modèle des extraits d'ovocytes de xénope. Nous nous intéressons à présent à l'étude du rôle d'ENSA. / During cell division, genetic information must be transmitted from the mother cell to the daughter cell in an accurate and identical way. During the S phase the genome is replicated while an equal distribution of two copies of DNA between the daughter cells is made during mitosis. Initiation and maintenance of mitosis require a controlled balance between kinase and phosphatase activities. Greatwall kinase is essential for mitotic entry and maintenance through the inhibition of PP2A, the main phosphatase that dephosphorylates Cdk1/cycline B mitotic substrates. Here we investigate the mechanisms regulating Greatwall. Our results show that Greatwall is a member of the AGC family of kinases that appears to be regulated by a unique two-step mechanism that differs from the other members of this family. Furthermore we identified Arpp19 (cAMP-Regulated Phosphoprotein 19) and alpha-Endosulfine (ENSA) as two substrates of Greatwall that, when phosphorylated by this kinase, associate with and inhibit PP2A. Despite the fact that these two substrates are able to inhibit PP2A, only endogenous Arpp19 is responsible for the phosphatase inhibition at mitotic entry in xenopus egg extratcs. Roles of ENSA are currently under investigation.

Pour assurer une ségrégation correcte des chromosomes, la cohésion entre les deux chromatides sœurs doit être protégée au centromère contre la vague de phosphorylation du "prophase pathway", depuis la prophase jusqu'à la transition métaphase-anaphase. Cette protection est sous contrôle de la shugoshine (Sgo1), une protéine recrutée au centromère par la thréonine 120 de l'histone H2A phosphorylée par la kinase Bub1. Mon équipe d'accueil a montré que la déplétion de la désacétylase HDAC3 conduit à l'acétylation et la perte de la di-méthylation de la lysine 4 de l'histone 3 au centromère. Cette acétylation forcée de H3K4 est corrélée avec un défaut de la protection de la cohésion et une perte de la localisation des acteurs majeurs de cette protection. L'objectif général de ma thèse est de déterminer le rôle de la protéine kinase CDK11p58 dans la protection de la cohésion. Nous avons pu confirmer que CDK11p58 est nécessaire à la protection de la cohésion centromérique. Des analyses de déplétion de CDK11 montrent une séparation précoce des chromatides sœurs. Cette séparation est corrélée à une perte de la localisation de Bub1, de la phosphorylation de H2A-T120 et de Sgo1 au centromère, mais la diméthylation de H3K4 reste intacte. Grâce à des expériences de FISH en utilisant des sondes qui ciblent la région centromérique du chromosome 11, nous avons démontré que CDK11 protège la cohésion des chromatides sœurs à partir de la mitose mais pas en interphase. En utilisant des lignées exprimant la forme sauvage ou mutée sur le domaine kinase de CDK11p58, nous avons démontré que l'activité kinase de cette protéine est nécessaire pour ce processus de protection. Les résultats de ma thèse documentent le rôle de l'activité kinase de CDK11p58 dans la protection de la cohésion des chromatides sœurs. Ces résultats montrent l'existence d'un substrat de CDK11p58 impliqué dans le recrutement au centromère des facteurs de cohésion qui assurent la protection des cohésines centromériques contre le "prophase pathway". / Sister chromatid cohesion during the early stages of mitosis is essential to ensure faithful chromosome segregation. Sister chromatid cohesion is established in S phase and is maintained at centromeres until the metaphase to anaphase transition. Protection of cohesion at centromeres is under the control of the Bub1 kinase which phosphorylates histone H2A on threonine 120. Phosphorylated H2AT120 recruits the cohesion protection factor shugoshin (Sgo1) at centromeres. We had previously reported that depletion of the HDAC3 deacetylase induces acetylation of histone H3 lysine 4 at the centromere and loss of dimethylation at the same position. Forced acetylation of H3K4 at centromeres correlates with impaired Sgo1 recruitment and loss of sister chromatid separation. Cdk11p58, a member of the p34cdc2 related protein kinase family, is a G2/M specific protein, involved in different cell cycle events such as centrosome maturation, spindle formation or centriole duplication. It has also been reported as being involved in sister chromatid cohesion. Here we report that, upon cdk11p58 depletion, sister chromatids do not prematurely separate until the early stages of mitosis. We confirm that Cdk11p58 depletion induces a loss of Bub1 and Sgo1 from the centromeres and we show that H3K4 dimethylation is not affected by Cdk11p58 depletion. We report that depletion of endogenous Cdk11p58 in a cell line expressing a kinase-dead version of Cdk11p58 do not rescue the premature sister chromatid separation phenotype. Thus, phosphorylation of an unknown susbtrate by Cdk11p58 is necessary to maintain Bub1 at centromeres and our efforts are now directed towards its identification.

Les récepteurs d'antigènes des lymphocytes T (TCR) sont assemblés au cours du développement précoce de ces cellules dans le thymus suite à des recombinaisons complexes de gènes. Le réarrangement d'une chaine beta des TCR fonctionnelle (pré-TCR) déclenche des voies de signalisation intracellulaires qui entrainent la survie, l'expansion et la maturation des thymocytes. Par ailleurs, l'engagement des TCR à la surface des lymphocytes T (LT) matures par des antigènes conduit également à des cycles de prolifération qui permettent le développement de réponses immunitaires efficaces. Ces évènements cellulaires s'accompagnent de remaniements importants du réseau de microtubules et une redistribution des moteurs moléculaires, tels que la dynéine, qui véhiculent les structures cellulaires sur ces réseaux. Les mécanismes moléculaires et les conséquences physiologiques de ces remaniements sont peu connus dans les LT. Lis1 est un régulateur de la dynéine qui est mis à contribution dans la migration neuronale et la prolifération des cellules souches au cours du développement neural. Son rôle au sein du tissu lymphoïde est peu connu. Dans ce travail, nous avons utilisé des modèles de souris spécifiquement déficients en Lis1 dans les LT afin d'étudier les fonctions moléculaires, cellulaires et physiologiques de cette protéine dans ces cellules. Nous montrons que Lis1 joue un rôle essentiel dans le développement précoce des LT et dans l'homéostasie des LT matures. La déficience en Lis1 n'affecte pas le réarrangement de la chaine beta ou les évènements de signalisation déclenchés par le pré-TCR ou le TCR. Cependant, la prolifération des thymocytes ayant passé la beta-sélection ou des LT matures dont le TCR a été engagé, est fortement impactée. L'analyse fine de la mitose indique que la déficience en Lis1 ralentit fortement le processus mitotique, contrarie les remaniements intracellulaires conduisant à la métaphase et entraîne la répartition asymétrique du matériel génétique dans les cellules filles. L'analyse des réseaux de microtubules montre que l'absence de Lis1 entraîne l'amplification du nombre de centrosomes et l'augmentation des cellules multipolaires au cours de la mitose. Enfin, nous montrons que Lis1 favorise l'interaction de la dynéine avec la dynactine, indiquant que Lis1 joue un rôle important dans les LT pour relier la dynéine aux structures cellulaires qu'elle véhicule. En conclusion, nous avons montré que Lis1 est importante dans la distribution du matériel génétique au cours de la prolifération des thymocytes doubles négatifs et des lymphocytes T périphériques. / The T cell receptor (TCR) is assembled during the early development of T lymphocytes in the thymus after complexe genetic recombinations. The rearrangement of a functional TCR beta-chain (pre-TCR) triggers intracellular signaling pathways that cause the survival, expansion and maturation of thymocytes. The commitment of the TCR to the surface of mature T cells after antigen recognition also leads to proliferation allowing the development of effective immune responses. These cellular events go along with significant reorganization of the microtubule networks and a redistribution of molecular motors, such as dynein, which transport the cellular structures via this network. The molecular mechanisms and physiological consequences of the reorganization are poorly understood in T cells. Lis1 is a dynein regulator involved in neuronal migration and stem cells proliferation during neural development. Its role in lymphoid tissue is still unknown. In this study, we used mouse models specifically Lis1-deficient in T cells to study the molecular, cellular and physiological functions of this protein in T cells. We identifiy that Lis1 plays an essential role in the early development of T cells and in the homeostasis of mature cells. Lis1 deficiency does not affect beta-chain rearrangement or signaling events triggered by pre-TCR or TCR, but leads to the blockage of thymocyte cell division that have undergone beta-selection or mature T cells stimulated. Fine analysis of mitosis indicates that the deficiency of Lis1 strongly slows down the mitotic process, counteracts the cell changes leading to the metaphase and leads to asymmetric distribution of the genetic material in the daughter cells. Microtubule networks analysis shows that the absence of Lis1 induces centrosomes amplification and increase of multipolar cells during mitosis. Finally, we show that Lis1 promotes the dynein-dynactin interaction, indicating that Lis1 plays an important role in T cells to bind dynein to the cell structures it carries. In conclusion, we here described that Lis1 is important for the distribution of genetic material during double negative thymocyte and peripheral lymphocyte proliferation.

Le syndrome de Bloom (BS) est une maladie génétique rare caractérisée par une forte augmentation du taux d’échanges entre chromatides soeurs, des anomalies de ségrégation des chromosomes et une prédisposition au développement de tous types de cancers. Ce syndrome est la conséquence de mutations dans les deux copies du gène BLM, codant pour une 3’-5’ ADN hélicase de type RecQ. La ou les fonctions de la protéine BLM sont encore mal définies mais les données de la littérature convergent vers un rôle de BLM dans des mécanismes de surveillance et/ou maintien de l’intégrité du génome. La protéine BLM serait impliquée dans le redémarrage de fourches de réplication bloquées pendant la phase S et serait nécessaire à la résolution de ponts anaphasiques en mitose, notamment de ponts particuliers appelées « UltraFine anaphase Bridges » (UFBs). Ces UFBs, qui relient les chromatides soeurs entre elles, ne sont pas détectables par les colorants classiques et leur présence ne peut-être révélée que par la détection des protéines PICH (Plk1-Interacting Checkpoint Helicase) ou BLM. A l’état basal, ces UFBs sont essentiellement d’origine centromérique (cUFBs).Tout l’enjeu de mon projet était de déterminer si BLM était également impliquée dans la prévention de la formation de ces cUFBs et donc si BLM jouait un rôle avant l’anaphase. Nous avons montré que BLM est recrutée aux centromères de la phase G2 jusqu’en mitose. BLM, en coopération avec la protéine PICH, est nécessaire (1) à l’organisation structurale de l’ADN centromérique, (2) à la disjonction complète des centromères, indépendamment de la voie des cohésines, suggérant une implication de ces protéines dans le processus de décaténation des centromères et (3) au recrutement de la topoisomérase IIa (Topo IIa) active aux centromères.Nos résultats révèlent ainsi une nouvelle localisation et une nouvelle fonction de la protéine BLM aux centromères et montrent pour la première fois l’implication des protéines BLM et PICH dans la décaténation centromérique avant l’anaphase. Nous proposons que BLM et PICH, par leurs activités respectives hélicase et de remodelage de la chromatine, modifient la structure des centromères pendant la pré-métaphase, rendant ainsi certaines caténations accessibles à la Topo IIa avant l’anaphase. La défaillance de ce mécanisme entraînerait la persistance de caténations centromériques non résolues avant l’anaphase. Ainsi, dans les cellules BS, la fréquence élevée de cUFBs aurait deux origines différentes : une partie correspondrait à des cUFBs formés du fait d’une décaténation défaillante des centromères avant l’anaphase, et l’autre partie correspondrait à des cUFBs « physiologiques » non résolus en anaphase. Afin de distinguer l’origine des cUFBs, nous avons appelé ceux issus de caténations non résolues avant l’anaphase les UFBs centromériques surnuméraires (SC-UFBs pour Supernumerary Centromeric UFBs). / Bloom syndrome (BS) is a rare genetic disease characterized by a sharp increase in the rate of sister chromatid exchanges, chromosome segregation abnormailities and a predisposition to the development of all types of cancers. This syndrome is caused by mutations in both copies of the BLM gene, which encodes BLM, a RecQ 3'-5 DNA helicase. The specific function(s) of BLM remain unclear, but the data from the literature converge towards a role for BLM in mechanisms monitoring and / or maintaining genome integrity. The BLM protein may be involved in restarting stalled replication forks during S phase and necessary to resolve anaphase bridges in mitosis, including particular bridges called "Ultrafine Anaphase Bridges" (UFBs). These UFBs, which link sister chromatids together, are not detectable by conventional stains and their presence can only be revealed by the detection of the proteins PICH (PLK1-interacting checkpoint helicase) or BLM. In untreated cells, UFBs originate mostly from centromeres (cUFBs).The challenge of my project was to determine whether BLM was also involved in preventing the formation of cUFBs and so, if it played a role before anaphase.We showed that BLM is recruited at centromeres from G2 phase to mitosis. BLM, in cooperation with PICH, is required for (1) structural organization of centromeric DNA, (2) completion of centromere disjunction, independently of the cohesin pathway, suggesting an involvement of these proteins in centromere decatenation process, and (3) recruitment of active topoisomerase IIα (Topo IIα) to centromeres. Thus, we report a new localization and a new function of BLM at centromeres, revealing for the first time a new role for BLM and PICH in a previously unknown centromeric decatenation mechanism, crucial for complete centromere disjunction.We propose that the combined action of BLM and PICH promotes, through their helicase and chromatin remodelling activities, respectively, the organization of centromeric chromatin, thereby rendering some centromeric catenates accessible to Topo IIa before the onset of anaphase. The failure of this mechanism may lead to the persistence of some centromeric catenations not resolved before anaphase. Thus, the increase in the frequency of centromeric UFBs in BLMdeficient cells has two different origins: cUFBs arising from catenations not resolved before anaphase and physiological cUFBs not processed at anaphase onset. Two distinguish the two cUFB origins, we defined the former as supernumerary centromeric UFBs (SC-UFBs).