La protéine Tau est une protéine associée aux microtubules, localisée principalement dans les axones. Elle joue un rôle important dans la polymérisation et la stabilisation des microtubules, in vitro. Sa fixation aux microtubules est régulée par de nombreuses kinases et phosphatases. En effet, lorsque Tau est phosphorylée, elle se détache des MTs. Inversement, elle se fixe aux MTs lorsqu’elle est déphosphorylée. Le dysfonctionnement de la protéine Tau est à l’origine de différentes maladies neurodégénératives appelées Tauopathies comme la maladie d’Alzheimer. Dans ce contexte pathologique, Tau est anormalement phosphorylée et s’accumule sous forme de structures neurofibrillaires appelées PFH (paires de filaments hélicoïdaux). Ces structures sont retrouvées dans les neurones en dégénérescence et constituent une des caractéristiques majeures de lésion histopathologique de la MA. Dans le cadre de cette maladie, deux principaux mécanismes de toxicité neuronale induite par la protéine Tau ont été suggérés. La première hypothèse considère que l’hyperphosphorylation de Tau provoque son détachement des microtubules induisant ainsi une déstabilisation du cytosquelette microtubulaire, une altération du transport axonal et une mort neuronale. Selon la seconde hypothèse, la fixation excessive de Tau aux microtubules altèrerait le transport axonal des vésicules et autres organites nécessaires au bon fonctionnement de la synapse. Dans ce cas, l’hyperphosphorylation de Tau et la formation des structures PFH auraient en premier lieu un effet protecteur pour la cellule. Lors de ce travail de thèse, nous avons confronté ces deux théories en utilisant le modèle invertébré : Drosophila melanogaster. Tout d’abord, nous avons étudié l’effet de la perte de fonction de la protéine Tau de drosophile (dTau) sur l’architecture du cytosquelette microtubulaire et sur le transport axonal des neuropeptides. Ce travail nous a permis d’une part, de tester l’hypothèse de l’effet du détachement de la protéine Tau des MTs sur le transport axonal, et d’autre part d’étudier la fonction endogène de la protéine dTau. En effet, le rôle in vivo de la protéine Tau endogène sur la morphologie et la physiologie axonale reste inconnu à ce jour, et ceci probablement dû à une redondance fonctionnelle avec les autres protéines associées aux microtubules (MAPs). Dans cette présente étude nous utilisons le modèle Drosophila melanogaster qui présente l’avantage de n’avoir qu’un seul homologue de la famille Tau/MAP2/MAP4 des mammifères. Nos données montrent pour la première fois, in vivo, que la protéine Tau contrôle la densité des microtubules axonaux, et que la perte de la protéine Tau altère le transport axonal microtubule-dépendant. Cependant, les défauts observés ne semblent pas être suffisant pour induire une neurodégénérescence, mais pourraient néanmoins constituer un défaut apparaissant précocement chez les individus atteints. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié l’hypothèse centrée sur l’effet de la fixation excessive de la protéine Tau humaine aux microtubules. Pour cela, nous avons utilisé des drosophiles transgéniques exprimant différentes isoformes mutées de Tau humain (hTau) mimant différents états de phosphorylation de la protéine Tau et s’attachant différemment aux microtubules. Nos résultats montrent clairement que la fixation de Tau en excès sur les microtubules induit des défauts majeurs du transport axonal et de la libération des neuropeptides. Nous démontrons ainsi que l’un des mécanismes possible de la maladie d’Alzheimer est la fixation précoce excessive de Tau sur les microtubules. Par ailleurs, nos résultats mettent en évidence une limite sérieuse des thérapies visant à inhiber la phophorylation de Tau dans la MA. / Tau is a microtubule associated protein that belongs to the MAP structural family. it polymerizes and stabilizes microtubules, in vitro. Tau is found in high amount in axons. The microtubule binding capacity of Tau is regulated by kinases and phophatases. Indeed, when Tau is phosphorylated it desengages from microtubules and when it is dephosphorylated it binds to microtubules and stabilizes them. Tau is involved in several neurodegenerative disorders called tauopathies like the elderly neuropathy, Alzheimer disease (AD). In this neurodegenerative disorder, Tau is abnormally phosphorylated and aggregates to forme neurofibrillary tangles called paired helicoidal filament (PHF), witch is one of the hallmark of AD. Hence, two major hypothesis explaining neurodegeneration in this condition have been suggested. The first hypothesis considers that because of Tau hyperphosphorylation, it detaches from microtubules and starts to form aggregates. Tau detachment from microtubules leads to their destabilization and subsequent defects in axonal transport. These defects in axonal transport lead to synaptic dysfonction and neuronal degeneration. The second hypothesis suggests that an excess of Tau binds onto microtubules, induces axonal transport defects and subsequently neuronal loss. The hyperphosphorylation of Tau and PHF formation would represent a protective response of the cell to prevent axonal defects and neurodegeneresence. The aim of our work is to evaluate these two mechanisms using Drosophila melanogaster model. First, we studied the effect of drosophila Tau (dTau) loss of function on microtubule organisation and axonal transport of neuropeptide in vivo. This work allows us to study the first hypothesis of detachment of Tau from microtubules an its consequences, as well as understanding the endogenous function of dTau. Infact, we took the advantage of drosophila lower genetic redundancy in witch dTau is the only homologue of the mamalian Tau/MAP2/MAP family. Our results demontrated that dTau control axonal microtubule number and that the loss of Tau function affects vesicular axonal transport. However, these defects do not seem to be toxic for the neuron but represent an early event that may progressively become toxic. In the second part of this work we evaluated the second hypothesis. It consists of studying the consequences of an excess of hypophosphorylated Tau bound to microtubules on axonal transport. Our results demontrate for the first time a stronger toxicity of hypophosphorylated Tau for neuronal function compared to pseudophosphoryated Tau. These data demonstrate an important mechanism that could probably be implicated in AD. In addition, our work point out a potentiel limit of a current therapeutic strategy aimed at inhibiting Tau phosphorylation.

Les formines de la famille des DRF sont des puissants nucleateurs d'actine. Précédemment, nous avons montré que DRF1 participe à la capture des microtubules (MTs) au niveau du cortex cellulaire, en aval du récepteur ErbB2. Ceci impliquait le recrutement d'APC et ACF7. Dans cette étude, nous avons examiné la contribution de DRF1, DRF2 et DRF3 à la capture des MT corticaux et à la migration cellulaire ErbB2- dépendante. La déplétion individuelle de DRF1/2 ou 3 à l'aide de siRNA perturbe fortement la migration chimiotactique ErbB2-dépendante. Les DRF sont toutes trois requises pour la capture des MT au niveau du cortex cellulaire. Des mutants de DRF1 déficients pour leur association avec l'actine sont toujours actifs pour la capture des MT. Nous avons aussi pu montrer qu'une construction limitée au domaine FH2 des DRF était parfaitement fonctionnelle. Nous avons alors procéder à une recherche systématique des protéines se liant au domaine FH2, par purification d'affinité et spectrométrie de masse. Nous avons observé que les domaines FH2 de DRF1, DRF2 et DRF3 se lient à des groupes de partenaires distincts. Ainsi, seul le domaine FH2 de DRF1 lie la protéine Rab6-Interacting Protein 2 (RB6IP2). De plus, DRF1 contrôle le recrutement de RB6IP2 au cortex cellulaire et la déplétion concomitante de RB6IP2 et d'IQGAP1 perturbe fortement la capture des MT. Ces résultats démontrent l'implication de l'interaction entre DRF1 et RB6IP2 dans la capture des MT dans les cellules en migration. / Diaphanous-related formins (DRF) nucleate single linear filaments, binding to and protecting from capping their growing barbed ends. We have previously found that DRF1 participated to the tethering of microtubules (MTs) to the cell cortex, downstream of the ErbB2 receptor tyrosine kinase. This involved the recruitment of APC and ACF7. We have now further investigated the contribution of DRF1, and of the closely related DRF2 and DRF3, to the capture of cortical MTs and ErbB2-dependent breast carcinoma cell migration.Using siRNA to knock down individual DRFs, we found that depletion of DRF1/2 or3 strongly disturbed ErbB2-dependent chemotaxis. All three DRFs were required for the formation of cortical MTs, in a non-redundant manner. DRF1 mutant proteins defective for actin binding were still active for MT capture. We also found that, upon truncation of the Formin Homology (FH) 1 domain, the FH2 domain remained fully functional. In a systematic search for proteins binding to the FH2 domains via affinity purification and mass spectrometry analysis, we observed that the FH2 domains of DRF1, DRF2 and DRF3 engaged with distinct sets of proteins. For instance, only FH2 domain of DRF1 pulled down Rab6-Interacting Protein 2 (RB6IP2). Interestingly, DRF1 controlled the cortical localization of RB6IP2 and concomitant depletion of RB6IP2 and IQGAP1 strongly disturbed capture of cortical MTs, showing the involvement of the DRF1/IQGAP1/RB6IP2 interaction in MT tethering at the cell leading edge.

La migration et l'invasion tumorale sont des étapes clés de la cascade métastatique. Les microtubules (MT) contribuent à la division cellulaire et constitue la cible des agents de chimiothérapie anti-MT (ACM). Ce sont des structures dynamiques qui s'ancrent aux structures cellulaires périphériques. Durant ma thèse, j’ai étudié comment les protéines régulant le bout « + » des MT (+TIP) contribuent à la migration cellulaire et à la dégradation de la matrice extracellulaire. D’abord j’ai étudié l'impact de l'eribuline, un ACM dépolymérisant, sur la migration de cellules mammaires. L'éribuline s'est avérée empêcher l'ancrage des MT, modifier leur dynamique et inhiber la migration dirigée cellulaire, phénomène que nous avons expliqué par son action sur la +TIP EB1 mais surtout par la délocalisation de la tubuline polymérase ch-TOG de l'extrémité + des MT. Puis, nous avons examiné le rôle des +TIP dans la dégradation de la matrice, par les invadopodes, de petites protrusions riches en actine dégradant la matrice. La déplétion de EB1 et ses partenaires, APC et ACF7, régulaient négativement l’action des invadopodes, laissant supposer la présence d'un complexe fonctionnel : EB1, APC et ACF7 régulant négativement les invadopodes. En parallèle, par analyse protéomique systématique des composant des invadopodes, nous avons identifié de nouveaux proches voisins de TKS5, protéines indispensable à la formation des invadopodes, dont une protéine associée aux MT, MAP4. Au total, la régulation de la dynamique des +TIP est importante pour la migration et l'invasion et développer des stratégies ciblées contre ces acteurs pourrait améliorer la prise en charge du cancer du sein métastatique. / Migration and invasion are key steps in the metastatic cascade. Microtubules (MT) are involved in cell division and are dammaged by MT tagetting agents(MTA), a widely used chemotherapy drugs. MT are dynamic structures anchored to peripheral cell structures. During this work, I studied how proteins that regulates the "+" end of MT (+ TIP) cell migration and extracellular matrix degradation. First I adressed the impact of eribulin, a new depolymerizing MTA, on mammary cell migration. Eribulin was found to prevent the anchoring of MT to cell cortex, to modify their dynamics and to inhibit cell migration, a phenomenon that we explained by its action on +TIP EB1 but more precisely by the delocalization of tubulin polymerase ch-TOG. Next we investigated the role of TIPs in invadopodia matrix degradation , which are actin-rich protrusion specialized in matrix digestion. The depletion of EB1 and its partners, APC and ACF7, negatively regulated the action of invadopodia, assumed the presence of a complex complex: EB1, APC and ACF7 negatively regulating invadopodia activity. In parallel, by systematic proteomic analysis of the component of the invadopodia, we identified new close neighbors of TKS5, an essential proteins in invadopodia formation, including a MT associated protein MAP4. In conclusion, the regulation of + TIP dynamics is important for migration and invasion and developping targeted strategies against them could improve the management of metastatic breast cancer.

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth most common cancer worldwide and the third most common cause of cancer-related deaths. Systemic therapies are the main treatment options for HCC patients with advanced disease (∼ 80% of all cases). However, only very moderate clinical responses are achieved with most of the conventional therapies. Thus, more effective therapeutic strategies are much needed. The PI3K/Akt/mTOR signaling pathway, which plays a critical role in controlling cell proliferation and survival, is aberrantly activated in ∼ 45% HCC, suggesting it to be a potential target for HCC treatment. Moreover, emerging evidences indicate that activation of the PI3K/Akt/mTOR pathway may be associated with resistance to many cytotoxic chemotherapies, including microtubule targeting agents. In this study, by gene expression profiling and gene ontology analysis, "microtubule-related cellular assembly" was identified to be the major biological/functional process involved in HCC development, suggesting that microtubule is also an important therapeutic target for HCC. With these understandings, it is hypothesize in this thesis that combined targeting of a key component ofthe PI3K/Akt/mTOR pathway, namely the mammalian target of rapamycin (mTOR) and the microtubule would be an effective therapeutic strategy for HCC. The objectives of the thesis are to examine the therapeutic potential of microtubule targeting, mTOR targeting, and combined targeting of the microtubule and mTOR in both in vitro and in vivo models of HCC. / In summary, the PI3K/Akt/mTOR pathway and the microtubule represent promising therapeutic targets for HCC treatment. The findings from this thesis offer a rationale for combining mTOR inhibitors with microtubule targeting agents for effective HCC treatment. / In the second part, the effect of mTOR inhibition, either alone or in combination with an additional microtubule targeting agent (vinblastine) was investigated in HCC. Temsirolimus, an mTOR inhibitor, suppressed HCC cell proliferation in as early as 24 hrs with an IC50 of 1.27+/-0.06muM (Huh7), 8.77+/-0.76muM (HepG2), and 52.95+/-17.14muM (Hep3B). Vinblastine (1nM) alone caused 30--50% growth inhibition in 3 HCC cell lines. In these HCC cell lines, it was found that temsirolimus/vinblastine combination resulted in an additive to synergistic effect (when compared to single agents alone) with maximum growth inhibition of 80--90% as early as 24 hrs upon treatment. This marked growth inhibition was accompanied with cell cycle arrest at both G1 and G2/M phases, and PARP cleavage (a hallmark for apoptosis). Moreover, the combination specifically caused concerted down-regulation of several important anti-apoptotic and survival proteins (survivin, Bcl-2 and Mcl-1), which was not observed in single agent treatments. It was hypothesized that inhibition of these key anti-apoptotic/survival proteins may represent a novel mechanistic action of this highly effective combination approach of dual targeting of mTOR and microtubule by temsirolimus/vinblastine in HCC cells. Indeed, transient over-expression of each of these genes (survivin, Bcl-2 or Mcl-1) in HCC cells did partially rescue the growth inhibitory effect of the temsirolimus/vinblastine combination. More importantly, this novel combination significantly suppressed the growth of HCC xenografts in nude mice (when compared with single agents alone). / In the third part, the anti-tumor effect of another mTOR inhibitor everolimus in combination with microtubule targeting agents, vinblastine and patupilone (a microtubule-stabilizing agent), was investigated in HCC cells. Everolimus/vinblastine combination resulted in an additive to synergistic effect accompanied with cell cycle arrest at both G1 and G2/M phases, and PARP cleavage. The combination also caused concerted down-regulation of anti-apoptotic and survival proteins (survivin, Bel-2 and Mel-1) as observed with the temsirolimus/vinblastine combination. However, everolimus only moderately enhanced the sensitivity of patupilone for reasons unknown. / Taxanes are the major chemotherapeutic agents that target the microtubule. In the first part of the thesis, the anti-tumor activity of two taxanes, paclitaxel and docetaxel (which are known to stabilize microtubules) was examined and compared with doxorubicin (a DNA intercalating agent). Across all three HCC cell lines tested, it was found that the microtubule targeting agents, taxanes, were more efficacious than doxorubicin. This supports the initial finding that microtubule assembly process is functionally important in HCC. Recent studies demonstrated that using nanoparticles for drug delivery can greatly enhance therapeutic efficacy and reduce side-effects. Therefore, the nanoparticle albumin-bound (nab)-paclitaxel was employed to further evaluate the therapeutic efficacy of such a delivery strategy in HCC models. In all three HCC cell lines tested, nab-paclitaxel was found to be the most effective agent, with an average IC50 value of 0.16--10.42nM, when compared to non-conjugated taxanes (paclitaxel, docetaxel) and doxorubicin. In vitro analysis showed that nab-paclitaxel was able to induce cell cycle arrest at G2/M phase and apoptosis in HCC cells. In vivo study demonstrated that nab-paclitaxel readily inhibited the growth of HCC xenografts with lower toxicity when compared to paclitaxel, docetaxel and doxorubicin. Moreover, specific silencing of a key regulatory protein for microtubule dynamics, Stathmin 1, by siRNA significantly enhanced the effect of nab-paclitaxel in HCC cells, resulting in synergistic growth inhibition in vitro. / Zhou, Qian. / Advisers: Winnie Yeo; Vivian Lui; Nathalie Wong. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 73-06, Section: B, page: . / Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2011. / Includes bibliographical references (leaves 148-164). / Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Electronic reproduction. [Ann Arbor, MI] : ProQuest Information and Learning, [201-] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web. / Abstract also in Chinese.

Les troubles dépressifs constituent un problème majeur de santé publique puisqu’ils affectent plus de 350 millions de personnes dans le monde. La plupart des médicaments antidépresseurs prescrits actuellement ciblent les systèmes monaminergiques centraux. Cependant, ces molécules ont un délai d’action de plusieurs semaines et produisent des effets secondaires substantiels, souvent responsable de l’arrêt du traitement. De plus, un pourcentage non négligeable de patients ne répond que partiellement ou négativement à ces traitements. C’est pourquoi le développement de nouvelles molécules antidépressives constitue un axe majeur de recherche en psychopharmacologie. Le 3β-methoxyprégnénolone (MAP4343), un neurostéroide de synthèse, constitue une nouvelle molécule dont l’efficacité antidépressive a été récemment établie dans un modèle d’isolement social chez le rat. Le mode d’action du MAP4343 serait différent de celui des antidépresseurs conventionnels, puisqu’il a été montré in vitro qu’il pouvait se lier à la protéine associée aux microtubules de type 2 (MAP2) pour ainsi modifier la fonction microtubulaire, ce qui, in fine, favoriserait la plasticité cérébrale.L’objectif de cette thèse est de consolider les preuves de l’efficacité antidépressive du MAP4343 et d’élucider les mécanismes d’action cellulaires associés à son effet pharmacologique. Pour cela, nous avons utilisé un modèle animal, de dépression à savoir le Toupaye de Belanger (toupaia belangeri) soumis au stress psychosocial chronique qui développe des troubles comportementaux, fonctionnels et hormonaux similaires à ceux observés chez les patients dépressifs.Chez le Toupaye, l’administration chronique de MAP4343 (50 mg/kg/jour ; per os) pendant quatre semaines permet d’inhiber la diminution de l’activité locomotrice et le comportement d’évitement induit par le stress. De plus, les altérations physiologiques comme la diminution du poids corporel, l’hyperthermie ou encore les troubles du sommeil sont enrayés par le traitement au MAP4343. Enfin, la molécule agit en inhibant partiellement l’hyperactivation de l’axe adreno-corticotrope. Les mesures dans l’hippocampe de l’expression des isoformes de l’α-tubuline, élément constitutif des microtubules, montrent une diminution de l’α-tubuline tyrosinée, une isoforme plus abondante dans des microtubules néoformés. Ce phénomène n’est pas renversé par le MAP4343. Cependant, le stress chronique induit une réduction de l’expression de la forme acétylée de l’α-tubuline, un phénomène qui serait plus tardif lors d’une altération de la fonction microtubulaire. De façon intéressante, le MAP4343 permet de prévenir cette baisse de l’acétylation. Ce travail de thèse démontre un effet antidépresseur robuste du MAP4343, confirmant ainsi une première étude réalisée auparavant chez le rat. Son efficacité peut se maintenir lors d’un traitement prolongé chez le Toupaye. Cette molécule constituerait ainsi une nouvelle classe d’antidépresseurs ayant comme cible potentielle le système microtubulaires. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de préciser le mode d’action du MAP4343 sur les fonctions neuronales. / Depressive disorders affect more than 350 million people worlwide generating major public health. Most of the antidepressant drugs currently used target monaminergic systems. However, the onset of action of these drugs is delayed for several weeks and they produce important side effects responsible for the discontinuation of treatment. Furthermore, a large rate of patients responds poorly or not at all to this kind of treatment. Accordingly, the development of new antidepressant drugs constitutes a major axis of psychopharmacology research. 3ß-methoxypregnenolone (MAP4343) is a new synthetic neurosteroid whose antidepressant efficacy was recently established in a rat model of social isolation. The mechanism of action of MAP4343 is very likely different from that of conventional antidepressants, as it was shown in vitro that this compound can bind the type 2 microtubule associated protein (MAP2) and may promote in fine the neuronal plasticity. The objective of this thesis is to further demonstrate the antidepressant efficacy of MAP4343 and to elucidate the cellular mechanisms associated to its pharmacological effect. For this purpose, we used one animal models of depression: tree shrews (toupaia belangeri) subjected to a chronic psychosocial stress. Stressed tree shrews develop behavioral, functional and hormonal alterations similar to those observed in the depressive patients. Chronic administration (four weeks) of MAP4343 (50 mg / kg / day) inhibits both the decrease of locomotor activity and the avoidance behavior induced by chronic stress. Furthermore, physiological changes such as hyperthermia or sleep disorders are also reversed by MAP4343 treatment. Finally, the molecule acts by partially inhibiting the stress-induced hyper-activation of hypothalamo-pituitary-adrenal axis. The quantitative study of post-translational modifications of α-tubulin (a major component of microtubules) in the hippocampus shows a decrease of tyrosinated α-tubulin, a dynamic microtubules marker. This phenomenon is not reversed by MAP4343 treatment. However, chronic stress exposure decreases the expression of acetylated α-tubulin, a later phenomenon occurring during microtubular alteration. Interestingly, MAP4343 prevents this decrease. To conclude, this thesis demonstrates a strong antidepressant effect of MAP4343, reproducible in one relevant and translational animal model of depression, thus confirming a previous study realized in an isolated rat model. The efficacy of this compound is observed from the first day of treatment in the rat and persists during a prolonged treatment. This molecule belongs to a new class of antidepressants potentially targeting the microtubular system. Additional experiments will be necessary to well understand the mechanism of action of the MAP4343 on neuronal functions.

La dernière étape de la cytocinèse, l’abscission, consiste en la coupure du pont intercellulaire reliant les deux cellules filles à la suite de la contraction de l’anneau acto-myosique. Comme toutes les étapes de la division cellulaire, l’abscission doit être régulée dans l’espace et dans le temps afin qu’elle intervienne au bon endroit et au bon moment. Mon travail de doctorat a porté sur l’étude de la régulation dans le temps de l’abscission par l’environnement des cellules filles, en particulier par les forces de traction exercées par les cellules sur le pont intercellulaire. En utilisant une combinaison d’approches permettant de contrôler le confinement spatial 2D des cellules filles, de mesurer les forces exercées par les cellules au cours de la cytocinèse et de micro-manipuler le pont intercellulaire, j’ai montré que, de façon contre-intuitive, une tension exercée au niveau du pont retardait l’abscission et qu’au contraire la relâche de cette tension induisait l’abscission. De plus, la régulation temporelle de l’abscission par les facteurs environnementaux des cellules filles implique les protéines des « Endosomal Sorting Complex Required for Transport III » (ESCRT-III), machinerie centrale de l’abscission. Enfin, des expériences préliminaires suggèrent que cette régulation serait importante pour le maintien de l’intégrité tissulaire et la morphogenèse au cours du développement. / The last step of cytokinesis, abscission, consists in the severing of the intercellular bridge connecting the two daughter cells after the contraction of the acto-myosin ring. As any other step of cell division, abscission has to be regulated both in time and space in order to take place at the proper time and proper place. During my PhD, I studied the temporal regulation of the abscission by the cell micro-environment, particularly by the traction forces exerted by the cells on the intercellular bridge. I used a combination of approaches to control the daughter cells 2D spatial confinement, to measure the forces exerted by the cells throughout cytokinesis, and to micro-manipulate the intercellular bridge. Counter-intuitively, a tension exerted on the intercellular bridge delayed abscission while a release of tension in the bridge induced abscission. Moreover, the temporal regulation of abscission by the environment of the daughter cells implies the Endosomal Sorting Complex Required for Transport III (ESCRT-III), the main abscission machinery. Finally, preliminary experiments suggest that this mechanism could be important for tissue integrity and morphogenesis.

Centrosomes are major microtubule organizing centres that set up an internal microtubule (MT) network contributing to cell shape and to the formation of the mitotic spindle during cell division. Rearrangement of this MT array can be dictated by the centrosome and occurs during cell adhesion, polarization and migration. However, little is known about what regulates centrosome assembly and maintenance. beta1-integrins are common cell surface receptors and we show that beta1-integrin signalling is necessary for modulation of centrosome dynamics. In an attempt to identify the downstream components of beta1-integrin signalling involved, we also discovered that the activation of focal adhesion kinase or integrin linked kinase are not required in maintaining centrosome integrity. This would indicate that a non-canonical signalling beta1-integrin pathway might be involved in controlling centrosomal dynamics. This gives us greater insight into the mechanisms that control centrosomal stability and may lead to the better understanding of diseases like cancer and diseases, i.e. lissencephaly, which involve defects in cell polarization and asymmetric cell division, where the centrosome seems to have an important role.

Le gène CDKN1A a été initialement décrit comme une cible transcriptionnelle de la protéineoncosuppressive p53. Son produit, p21Cip1 (p21), supprime l’activité des kinases dépendantes descyclines et de la protéine PCNA, ce qui en fait un puissant inhibiteur du cycle et de la proliférationcellulaires. En outre, p21 est fréquemment inactivée dans les cancers épithéliaux. Or, la progressionde ces tumeurs est associée à l’altération de l’organisation tissulaire, au processus invasif et à ladissémination métastatique. Ces phénomènes résultent des modifications cytosquelettiquesconduisant à la transformation des propriétés d’adhésion et de migration cellulaires. Pourtant, le rôlede p21 dans la dynamique cytosquelettique des cellules épithéliales humaines n’a jamais été adressé.Nous montrons ici que p21 contribue à l’adhésion et la migration normale des cellules épithélialesmammaires non transformées. Nos résultats montrent également que l’inactivation de p21 provoquela suppression de l’adhésion focale et des fibres de stress. Ce phénotype est caractérisé parl’inactivation de la GTPase Rho et l’activation de la cofiline, facteur de dépolymérisation de l’actine. Enoutre, la suppression de p21 provoque une désacétylation des microtubules associée à unedéstabilisation microtubulaire globale. La réduction de l’instabilité dynamique, par inhibition de ladésacétylase HDAC6, restaure partiellement l’étalement cellulaire et l’adhésion focale altérés parl’inactivation de p21. L’ensemble de nos données démontre que la régulation de la dynamiquecytosquelettique par p21 est nécessaire au contrôle de l’adhésion des cellules épithéliales humainesnon tumorales. / CDKN1A gene was initially identified as a target of the tumor suppressor p53. The ability to inhibitcyclin-dependant kinase and PCNA activities confers to its product, p21Cip1 (p21), strong antiproliferativeproperties. Moreover, p21 is frequently inactivated in epithelial cancers. Progression ofthese malignancies is also associated with disorganized tissue architecture, invasion and metastaticdissemination. These processes involve major cytoskeletal reorganization associated withtransformation of adhesion and migration properties. Still, the role of p21 in cytoskeletal dynamics innormal epithelial cell has never been addressed. Here we show that p21 contributes to normaladhesion and migration in untransformed human mammary epithelial cells (HMEC). We alsodemonstrate that p21 inactivation in HMEC suppresses focal adhesion and stress fiber assembly. p21depletion is also associated with inactivation of Rho GTPase and activation of the F-actin severingfactor cofilin. In addition, p21 silencing provokes microtubule hypoacetylation associated withincreased dynamic instability. We find that forced microtubule stabilization by HDAC6 inhibitionpartially restore cell spreading and focal adhesion in p21-depleted cells. Collectively, our data showthat regulation of cytoskeletal dynamics by p21 is required for adhesion control in untransformedhuman epithelial cells.

Les microtubules-qui définissent la forme des axones, des cils et des flagelles, et qui servent de rails pour le transport intracellulaire-subissent de fortes contraintes exercées par les forces intracellulaires. La structure des microtubules et leur rigiditépeuvent en théorie être affectées par des contraintes physiques. Cependant, il reste à établir comment les microtubules tolèrent de telles forces et quelles sont les conséquences de ces forces sur la structure des microtubules. En utilisant un dispositif demicrofluidique, j’ai pu montrer que la rigidité des microtubules diminue progressivementà chaque cycle de courbure induit par des contraintes hydrodynamiques.Comme dans d'autres exemples de fatigue des matériaux, l'application de contraintes mécaniques sur des défauts pré-existants le long des microtubules est responsable de la génération de dommages plus étendus. Ce processus rend les microtubules moins rigides.J’ai pu aussi montrer que les microtubules endommagés peuvent se réparer en intégrant de nouveaux dimères de tubuline à leur surface et de récupérer ainsi leur rigidité initiale. Nos résultats démontrent que les microtubules sont des matériaux biologiquesayant des propriétés d’auto-réparation, et que la dynamique des microtubules ne se produit pas exclusivement à leurs extrémités. La mise en évidence de ces nouvelles propriétés permet de montrer comment les microtubules peuvent s’adapter à des contraintesmécaniques. / Microtubules—which define the shape of axons, cilia and flagella, and provide tracks for intracellular transport—can be highly bent by intracellular forces, and microtubule structure and stiffness are thought to be affected by physical constraints. Yet how microtubules tolerate the vast forces exerted on them remains unknown. Here, by using a microfluidic device, we show that microtubule stiffness decreases incrementally with each cycle of bending and release. Similar to other cases of material fatigue, the concentration of mechanical stresses on pre-existing defects in the microtubule lattice is responsible for the generation of more extensive damage, which further decreases microtubule stiffness. Strikingly, damaged microtubules were able to incorporate new tubulin dimers into their lattice and recover their initial stiffness. Our findings demonstrate that microtubules are ductile materials with self-healing properties, that their dynamics does not exclusively occur at their ends, and that their lattice plasticity enables the microtubules’ adaptation to mechanical stresses.

La protéine STOP (MAP6) associée aux microtubules joue un rôle clé dans l'architecture neuronale et la plasticité synaptique, dont les dysfonctionnements sont considérés comme étant impliqués dans la physiopathologie des maladies psychiatriques. En accord avec cette hypothèse, la délétion de la protéine STOP chez la souris, conduit à des altérations neuroanatomiques, biochimiques et comportementales, en partie atténuées par des traitements antipsychotiques. Dans cette étude, nous avons tout d'abord examiné les possibles altérations des systèmes monoaminergiques chez les souris STOP KO. Chez les souris mutantes, les marqueurs sérotoninergiques et noradrénergiques sont accumulés dans le mésencéphale et, au contraire fortement diminués dans toutes les régions de projections du cerveau antérieur. De plus, ces déséquilibres monoaminergiques sont associés à une augmentation du statut dépressif, une diminution du statut anxieux et des déficits dans des tâches d'apprentissage et de mémorisation. Les effets d'un traitement chronique par la fluoxétine ou par l'épothilone D, un composé analogue du taxol stabilisant les microtubules, sur l'humeur et les performances cognitives des souris STOP KO ont aussi été évalués. Le traitement chronique par la fluoxétine induit des effets paradoxaux sur le statut dépressif et le statut anxieux des souris STOP KO suivant les tests effectués, probablement à cause d'une hypersensibilité au stress. En revanche, les traitements chroniques à la fluoxétine et à l'épothilone D ont amélioré la mémoire à court terme des souris STOP KO. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que la délétion de la protéine STOP chez la souris induit de fortes altérations de l'humeur et des performances cognitives et que la protéine STOP pourrait avoir un rôle crucial dans le développement des systèmes monoaminergiques. / The microtubule-associated STOP (MAP6) protein plays a key role in neuron architecture and synaptic plasticity, the dysfunctions of which are thought to be implicated in the pathophysiology of psychiatric diseases. In line with this hypothesis, the deletion of STOP in mice leads to neuroanatomical, biochemical and severe behavioral alterations, partly alleviated by antipsychotics. In the present study, we first examined the likely monoaminergic alterations in STOP KO mice. In mutant mice, serotonin (5-HT) and norepinephrin (NE) markers are accumulated in the midbrain and, in contrast, deeply depleted in all forebrain projection areas. Moreover, these monoaminergic imbalance were associated with a depression-like behavior, a decreased anxiety status and impairments in learning and memory tasks. The effects of a chronic treatment by fluoxetine or by epothilone D, a taxol microtubule-stabilizing compound, on the mood status of STOP KO mice were also characterized. Chronic fluoxetine treatment induced paradoxical effets on depressive and anxious status of STOP KO mice, depending on the paradigm used, and probably due to hypersensitivity to stress. On the other hand, both epothilone D and fluoxetine chronic treatments improved the short-term memory of STOP KO mice. Altogether, these data indicate that the deletion of STOP protein in mice caused deep alterations in mood and cognitive performances and that STOP protein might have a crucial role in the 5-HT and NE networks development.