La leucémie lymphoblastique aiguë touche 30% des enfants atteints de cancer. 60% des patients atteints de leucémies lymphoblastiques aigües de type T (T-ALL) expriment de façon aberrante les gènes LMO1/2 (LIM -only2 and LMI-only1) suite à des translocations. Contrairement à leur rôle en tant que facteur de transcription qui est bien connu, leur rôle au niveau de la réplication de l’ADN et son impact oncogénique reste à étudier. Nous avons précédemment montré que LMO2 interagit avec le complexe de réplication et que son expression aberrante induit la réplication de l'ADN. Fait intéressant, des données préliminaires du laboratoire montrent une augmentation des dommages à l’ADN au stade pré-leucémique lorsque LMO1 est surexprimé dans les thymocytes. De plus, 90% des patients atteints de leucémies T-ALL présentent une délétion des gènes CDKN2A/B, des régulateurs importants de la sénescence. Afin de mettre en évidence l’importance du rôle de LMO1/2 dans la réplication de l’ADN, j’ai étudié l’interaction entre LMO2 et les protéines du complexe réplicatif, sa conséquence fonctionnelle ainsi que l’induction de sénescence pouvant en découler. L'analyse des séquences des clones issus d’un crible de double hybride pour des partenaires d’interaction avec LMO2 (POLD1, MCM6, PRIM1 et KAT7) a permis d’identifier des domaines potentiellement importants pour ces interactions, plus spécifiquement, un domaine en doigt de zinc dans la protéine KAT7. Une seconde approche bio-informatique de la dépendance génique et de sensibilité aux drogues en utilisant les bases de données Depmap et CancerRX des lignées leucémiques a permis de mettre en évidence un stress réplicatif spécifique aux lignées cellulaires leucémiques. Fait intéressant, 6 lignées cellulaires leucémiques sur 7, présentent dans la base de données CancerRX, (6 sur 7) qui présentent une sensibilité aux médicaments causant des dommages à l'ADN expriment des oncogènes LMO1 ou LMO2. Enfin, grâce au marquage intracellulaire par FACS, la surexpression de LMO1 et de son partenaire SCL dans les thymocytes conduit à une augmentation du niveau d’expression de la protéine P16, un marqueur de sénescence, au stade pré-leucémique. Nos résultats révèlent l’impact des oncogènes LMO1 et LMO2 dans les leucémies T-ALL, en particulier, sur la réplication de l'ADN. Ce stress réplicatif et la sensibilité spécifique des lignées cellulaires leucémiques au médicament causant des dommages à l'ADN pourraient donc expliquer l’efficacité de certains traitements en clinique contre la leucémie. / The acute lymphoblastic leukemia affects 30% of children with cancer. Chromosomal rearrangement implicating LMO1 or LMO2 are found in 60% of T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) cases. Contrary to their known transcriptional role, their precise function in DNA replication is still unclear. We previously showed that LMO2 interacts with the replication complex and its aberrant expression induce DNA replication. Interestingly, preliminary data show that overexpression of LMO1 in mice lead to an increase in DNA damage at the pre-leukemic stage. Moreover, 90% of T-ALL patients present a deletion of CDKN2A/B genes, which are important regulators of senescence. In order to demonstrate the importance of the role of LMO1/2 in DNA replication, I studied the interaction between LMO2 and proteins from the replicative complex, its functional consequence as well as the induction of senescence that may result from it. Sequence analysis of yeast two-hybrid clones of interaction with LMO2 (POLD1, MCM6, PRIM1 and KAT7) identified important domains for these interactions, more specifically, a zinc finger domain in KAT7 protein. A second bioinformatic approach of gene dependency and drug sensitivities using the Depmap and CancerRX databases has revealed a specific DNA replicative stress in leukemic cell lines. Interestingly, the majority of leukemic cell lines (6 out of 7) which present a sensitivity to drug causing DNA damage expresses either LMO1 or LMO2 oncogenes. Finally, using FACS intracellular labelling, the overexpression of LMO1 and its partner SCL in thymocytes lead to an increase in p16 protein levels, a marker of senescence, at the pre-leukemic stage. Our results revealed the impact of LMO1 and LMO2 oncogenes overexpression in T-ALL leukemia, in particular, on DNA replication. This replicative stress and the specific sensitivity of leukemic cell lines to drug causing DNA damage could therefore explain the effectiveness of certain clinical treatments against leukemia.

La sénescence constitue la dernière étape du cycle de vie de certains organes des plantes. Elle permet leur dégradation tout en réallouant les constituants des tissus sénescents vers d’autres organes. Dans le contexte de la nodulation symbiotique fixatrice d’azote entre certaines plantes légumineuses et des bactéries rhizobia, un processus de sénescence a été décrit. Cependant, les connaissances sur les mécanismes de régulation de la sénescence des nodosités symbiotiques sont limitées. Au sein du laboratoire, le facteur de transcription MtNAC969 a été identifié comme un régulateur de la sénescence des nodosités. L'objectif de cette thèse est d'identifier et de caractériser de nouveaux régulateurs de la sénescence de l'organe symbiotique. Nous avons développé : (i) une approche visant à identifier des facteurs de transcription corégulés avec MtNAC969 ou avec une cystéine protéase MtCP6 utilisée comme marqueur de la sénescence des nodosités ; et (ii), une approche avec "à priori" se focalisant sur la fonction des différentes voies de signalisation des cytokinines. Cette thèse a permis d'identifier deux facteurs de transcription, MtbHLH107 et MtNAC009 et de décrypter le rôle des cytokinines dans la sénescence des nodosités. Cette thèse a permis d'identifier d'une part, deux nouveaux gènes potentiellement régulateurs de la sénescence nodositaire, MtbHLH107 et MtNAC009; et d’autre partde décrypter le rôle des cytokinines dans la sénescence de cet organe symbiotique. / Senescence is the last step of plant organ lifespan and allows their degradation in order to remobilize components from senescent tissues toward others organs. In the nitrogen fixing symbiosis nodulation occurring between legume plants and rhizobia bacteria, a senescence process has been described. However, limited knowledge about regulatory systems controlling senescence in the symbiotic nodule is available. In the laboratory, the MtNAC969 transcription factor was identified as a regulator of nodule senescence. The aim of this PhD project is to identify and characterize new regulatory factors involved in nodule senescence. We developed two independent approaches : (i) the identification of genes coregulated with MtNAC969 or a cystein protease MtCP6 used as nodule senescence marker ; and (ii), targeted approach focused on the role of cytokinin signaling pathways in nodule senescence. This project allowed us to identify two regulator transcription factors, MtbHLH107 and MtNAC009 ; and to decipher the cytokinin role in the senescence of the symbiotic organ. This PhD thesis allowed us to identify two new potential regulators of nodule senescence, MtbHLH107 and MtNAC009; and to decipher the role of cytokinins in the senescence of this symbiotic organ.

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques. / The Ras/mitogen-activated protein kinase (Ras/MAPK) signaling cascade regulates various intracellular targets involved in growth and proliferation. Inappropriate regulation of this pathway leads to many types of cancer, including melanomas, which are characterized by activating mutations in NRAS and BRAF. The protein kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) is a central component of the Ras/MAPK pathway, but its role in cell growth and proliferation is not well understood. RSK has also been shown to participate in the resistance of melanoma cells to chemotherapy, but the mechanisms involved remain elusive. We show that MDM2 becomes phosphorylated in response to agonists and oncogenes of the Ras/MAPK pathway. Using in vitro and in vivo approaches, we found that RSK directly phosphorylates MDM2 at Ser166 and Ser186, suggesting that MDM2 is a bona fide RSK substrate. Site-directed mutagenesis indicated that these residues regulate MDM2 ubiquitination, suggesting that RSK regulates p53 function in an MDM2-dependent manner. Overexpression of active and inactive mutants of RSK revealed that this kinase regulates p53 stability, suggesting a role for RSK in the DNA damage response. Taken together, our results suggest an important role for RSK in the regulation of MDM2 and its target p53. In view of the role of p53 in the response to DNA-damaging agents, our results provide a potential mechanism involved in melanoma chemoresistance.

Sen1 est une hélicase ARN/ADN impliquée dans la protection du génome de la levure en résolvant les hybrides ARN/ADN et dans la terminaison de la transcription de courts ARN non codants. Malgré la demande cellulaire généralisée pour l'action Sen1, son abondance cellulaire est très faible, ce qui suggère que des mécanismes régulent les niveaux de protéine Sen1 dans la cellule. Nous avons confirmé que Sen1 est dégradé via une voie dépendante du protéasome. Ce mécanisme dépend de l’activité catalytique de Glc7, une protéine phosphatase dont il a été précédemment démontré qu’elle déphosphoryle Sen1 in vitro et qu’elle interagit avec Sen1 via un motif RVxF selon des expériences à deux hybrides. Notre hypothèse de travail est que Glc7 contrôle les niveaux de protéine Sen1 via la déphosphorylation d'un phospho-dégron. Fait intéressant, un site potentiel dans la région N-terminale de Sen1 (sérine 863) qui peut fonctionner comme un phospho-dégron a été identifié dans une analyse à l'échelle du protéome de la co-occurrence de phosphorylation et d'ubiquitylation. Afin d'identifier les sites de phosphorylation Sen1 qui sont enrichis en l'absence de Glc7, nous avons réalisé une immunoprécipitation de Sen1 suivie d'une spectrométrie de masse. Cette analyse a identifié un site de phosphorylation dans Sen1 à la sérine 1505 qui pourrait agir comme un site de dégron potentiel. A noter que ce site, a également été signalé dans les études antérieures phosphoprotéomiques sur la levure. De plus, l'interaction entre Sen1 et Glc7 et l’importance du motif RVxF (par la mutation du résidu F2003) pour cette interaction ont été confirmée par co-immunoprécipitation. De manière surprenante, la prévention de cette interaction n'affecte pas la stabilité de Sen1 ou la croissance cellulaire. Dans l'ensemble, nous avons identifié un petit groupe de sites de phosphorylation Sen1 avec une pertinence biologique potentielle. Nos résultats confirment également que la mutation du motif RVxF de Sen1 altère l'interaction avec Glc7 in vivo. Ces données approfondissent notre compréhension de la régulation de la protéine Sen1 par Glc7 dans les cellules de levure qui peuvent fournir des indices sur le rôle de la sénataxine, orthologue humaine, dans les troubles neurodégénératifs. / Sen1 is an RNA/DNA helicase involved in protecting the yeast genome by resolving RNA/DNA hybrids and in the transcription termination of short non-coding RNAs. Despite the widespread cellular demand for Sen1 action, its cellular abundance is very low, suggesting that mechanisms regulate Sen1 protein levels in the cell. We have confirmed that Sen1 is degraded via a proteasome-dependent pathway. This mechanism depends on the catalytic activity of Glc7, a protein phosphatase that was previously shown to dephosphorylate Sen1 in vitro, and to interact with Sen1 through an ‘RVxF’ motif. Our working hypothesis is that Glc7 controls Sen1 protein levels via dephosphorylation of a phospho-degron. Interestingly, a potential site in the N-terminal region of Sen1 (serine 863) that may work as a phospho-degron has been identified in a proteome-wide analysis of phosphorylation and ubiquitylation cross-talk. In order to identify Sen1 phosphorylation sites enriched in the absence of Glc7, we conducted immunoprecipitation of Sen1 followed by mass spectrometry. This analysis identified one phosphorylation site within Sen1 at serine 1505 that could act as a potential degron site. Note that this site has also been reported in previous phosphoproteomic studies on yeast. Furthermore, the interaction between Sen1 and Glc7 and the importance of the RVxF motif (by mutation of residue F2003) for this interaction was confirmed by co-immunoprecipitation. Surprisingly, prevention of this interaction does not affect the stability of Sen1 or cell growth. Overall, we have identified a small group of Sen1 phosphorylation sites with potential biological relevance. Our findings also confirm that mutating the RVxF motif of Sen1 impairs the interaction with Glc7 in vivo. These data further our understanding of Sen1 protein regulation by Glc7 in yeast cells that may provide clues to the role of senataxin, human orthologue, in neurodegenerative disorders.

Le cancer de la prostate (CaP) est le plus diagnostiqué chez les hommes au Canada et représente le troisième cancer le plus meurtrier au sein de cette population. Malgré l’efficacité des traitements de première ligne, de nombreux patients finiront par développer une résistance et, le cas échéant, verront leur CaP progresser vers une forme plus agressive. Plusieurs paramètres, essentiellement cliniques, permettent de prédire la progression du CaP mais leur sensibilité, encore limitée, implique la nécessité de nouveaux biomarqueurs afin de combler cette lacune. Dans cette optique nous nous intéressons au facteur de transcription NF-κB. Des études réalisées au laboratoire et ailleurs, associent RelA(p65) à un potentiel clinique dans le CaP, soulignant ainsi l’importance de la voie classique NF-κB. L’implication de la voie alternative NF-κB dans la progression du CaP a aussi été suggérée dans une de nos études illustrant la corrélation entre la distribution nucléaire de RelB et le score de Gleason. Alors que la voie classique est largement documentée et son implication dans la progression du CaP établie, la voie alternative, elle, reste à explorer. La présente thèse vise à clarifier l’implication de la voie alternative NF-κB dans le CaP et répond à deux objectifs fixés dans ce but. Le premier objectif fut d’évaluer l’impact de l'activation de la voie alternative NF-κB sur la biologie des cellules cancéreuses prostatiques. L’étude de la surexpression de RelB a souligné les effets de la voie alternative NF-κB sur la prolifération et l'autophagie. Étant ainsi impliquée tant dans la croissance tumorale que dans un processus de plus en plus associée à la progression tumorale, quoique potentiellement létal pour les cellules cancéreuses, son impact sur la tumorigénèse du CaP reste encore difficile à définir. Il n'existe, à ce jour, aucune étude permettant de comparer le potentiel clinique des voies classique et alternative NF-κB. Le second objectif de ce projet fut donc l'analyse conjointe de RelA(p65) et RelB au sein de mêmes tissus de patients atteints de CaP afin de déterminer l'importance clinique des deux signalisations NF-κB, l'une par rapport à l'autre. Le marquage immunofluorescent de RelA(p65) et RelB en a permis l'analyse quantitative et objective par un logiciel d'imagerie. Nos travaux ont confirmé le potentiel clinique associé à RelA(p65). La variable RelA(p65)/RelB s’est, elle, avérée moins informative que RelA(p65). Par contre, aucune corrélation entre RelB et les paramètres cliniques inclus dans l'étude n’est ressortie. En définitive, mon projet de thèse aura permis de préciser l'implication de la voie alternative NF-κB sur la biologie du CaP. Son impact sur la croissance des cellules cancéreuses prostatiques ainsi que sur l'autophagie, dénote l’ambivalence de la voie alternative NF-κB face à la tumorigénèse du CaP. L’étude exhaustive de la signalisation NF-κB souligne davantage l'importance de la voie classique dont l’intérêt clinique est principalement associé au statut de RelA(p65). Ainsi, bien que RelB n’affiche aucun potentiel en tant que biomarqueur exploitable en clinique, l’analyse de l’intervention de la voie alternative NF-κB sur la biologie des cellules cancéreuses prostatiques reste d’intérêt pour la compréhension de son rôle exact dans la progression du CaP. / Prostate cancer (PCa) is the most frequently diagnosed cancer and represents the third cause of cancer-death in Canadian men. Despite effective first-line therapies, many patients experience disease recurrence where PCa progresses toward a more aggressive form. Several parameters, largely clinical, have been used to predict the progression of PCa but their accuracy is still limited and implies the need for new biomarkers to fill this gap. Previous research from the laboratory has demonstrated that the transcription factor NF-B, and its nuclear localization, could be such a prognostic biomarker. Studies in our laboratory and elsewhere have correlated RelA(p65) with a clinical progression in PCa, underlining the importance of the classical NF-B pathway. The involvement of the alternative NF-B pathway in the progression of PCa was also suggested in one of our studies showing the correlation between the nuclear distribution of RelB and Gleason score. While the classical pathway is well documented and its involvement in the PCa progression established, the alternative NF-B pathway remains largely unexplored. This thesis describes two research objectives that aims to clarify the involvement of the alternative NF-B pathway in PCa. The first objective assessed the impact of the alternative NF-B pathway activation on the biology of PCa cells. RelB overexpression in 22RV1 PCa cells highlighted an effect of the alternative NF-B pathway on cell proliferation and autophagy. Its dual role in cell growth and a form of cell death requires further study to understand the balance of these in PCa tumorigenesis. To date no study has addressed the comparative prognostic potential of both the classical and alternative NF-B pathways simultaneously. Therefore the second objective of this research project was to analyze both RelA(p65) and RelB at a cellular level in the same tissue of patients with PCa to determine their unique and combined contribution to predicting biochemical recurrence in patients. This analysis was possible through immunofluorescent labeling of RelA (p65) and RelB, and was followed by a quantitative and objective analysis using an appropriate software. Our work confirmed the predictive value of RelA(p65) for biochemical recurrance. Combining RelA(p65) with RelB weakened the association, and RelB on its own was not found to predict biochemical recurrance. Ultimately, the research presented here has clarified the involvement of the alternative NF-B pathway on the biology of PCa. Its impact on the growth of PCa cells as well as autophagy reveals the dual role of the alternative NF-B pathway in PCa tumorigenesis. This exhaustive study of NF-B in PCa tissues further underscores the importance of the classical pathway whose clinical interest is mainly associated with RelA(p65) status. Thus, although RelB shows no potential as a clinically exploitable biomarker, further studies are needed to determine whether RelB contributes, either positively or negatively, and in a temporal fashion, to PCa progression.

Dock1 (aussi nommé Dock180) est le membre prototypique de la famille Dock d’activateurs des petites GTPases de la famille Rho. Dock1 agit au sein d’une voie de signalisation conservée au cours de l’évolution et des études génétiques ont démontré que les orthologues de Dock1, myoblast city (mbc) chez la drosophile et Ced-5 chez le nématode, activent Rac dans divers processus biologiques. Notamment, mbc est un important régulateur de la fusion des myoblastes lors de la formation des fibres musculaires de drosophile. Mbc est aussi essentiel à la migration collective d’un groupe de cellules, appelées cellules de bordures, lors de leur migration dans la chambre de l’oeuf suite à l’activation de récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK). La migration collective des cellules de bordures récapitule certains des événements observés lorsque des cellules tumorales envahissent le tissu environnant lors de la formation de métastases. Chez les mammifères, des études réalisées en lignées cellulaires suggèrent que Dock1 est aussi un régulateur du cytosquelette lors de la migration cellulaire. De plus, certaines études ont démontré que la voie Dock1/Rac agit en aval de RTKs lors de l’invasion de cellules de glioblastome. Néanmoins, les fonctions in vivo de Dock1 chez les mammifères demeurent méconnues et le but de cette thèse est d’identifier et de caractériser certaines de ses fonctions. Guidés par la fonction de mbc, nous démontrons dans l’objectif no 1 un rôle essentiel pour ce gène au cours du développement embryonnaire grâce à la caractérisation d’une souris Dock1 knock-out. Des défauts sévères de fusion des myoblastes sont observés en absence de l’expression de Dock1 et ils contribuent à la réduction de la masse musculaire des souris mutantes. De plus, nous avons constaté une contribution du gène Dock5, un membre de la famille Dock proche de Dock1, au développement des fibres musculaires. Dans l’objectif no 2, nous avons observé que des hauts niveaux d’expression de DOCK1 corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patientes atteintes de cancer du sein possédant une forte expression du gène codant pour le RTK HER2. Une surexpression ou une amplification du locus codant pour le récepteur HER2 est associée à près de 20% des cas de cancer du sein. Les cancers de ces patientes développent fréquemment des métastases et sont associés à un mauvais pronostic. Des études biochimiques ont révélé que DOCK1 interagit avec le récepteur HER2 dans des cellules de cancer du sein. De plus, DOCK1 est essentiel à l’activation de RAC et à la migration cellulaire induite par HER2 dans ces cellules. L’utilisation d’un modèle de cancer du sein médié par HER2 chez la souris combiné avec l’inactivation du gène Dock1 dans les glandes mammaires, nous a permis d’identifier Dock1 et Rac comme de nouveaux effecteurs de la croissance tumorale et de la formation de métastases régulées par l’oncogène HER2. Nous concluons que l’utilisation de différents modèles de souris knock-out pour le gène Dock1 nous a permis d’identifier des fonctions clés de ce gène. Tout comme son orthologue mbc, Dock1 joue un rôle important lors du développement embryonnaire en régulant notamment la fusion des myoblastes. Nos études ont également contribué à démontrer un important degré de conservation des mécanismes moléculaires de fusion entre les espèces. De plus, DOCK1 agit en aval du RTK HER2 et son expression dans les cellules épithéliales de glandes mammaires contribue au développement tumoral et à la formation de métastases induits par cet oncogène. / Dock1 (also known as Dock180) is the prototypical member of the Dock family of Rho GTPase activators (RhoGEFs). Genetic studies in Drosophila and C. elegans have demonstrated that Dock1 orthologues act upstream of the Rac GTPase to activate it during various biological processes. Myoblast city (mbc), Dock1 ortholog in the Drosophila, is an important regulator of myoblast fusion during muscle fiber formation. Moreover, mbc regulates the collective migration of a cluster of border cells downstream of the activation of some tyrosine kinase receptors (RTKs). Migration of border cells is often view as a model for studying the invasive migration of cancer cells during metastasis development. Work done in cell lines also suggests that Dock1 is an important cytoskeletal regulator that controls cell migration. The Dock1/Rac pathway was also shown to act downstream of some RTKs to promote the invasion of glioblastoma cells. Yet, the in vivo functions of Dock1 in mammals are still poorly understood and the identification and characterization of some of these functions is the main objective of my thesis. Guided by the function of mbc, in Aim #1 we revealed that Dock1 is essential to embryonic development by characterizing a Dock1 knock-out mouse model. A deficiency in myoblast fusion was observed in Dock1-null embryos which led to a reduction in their muscle mass. Furthermore, we uncovered a contribution of the other Dock1-related GEF, Dock5, to myofiber development. In Aim #2 a correlation between high level of DOCK1 expression and a poor prognosis in HER2+ breast cancer patients was revealed. Amplification or overexpression of the HER2 receptor tyrosine kinase is associated with near 20% of breast cancer cases. The presence of this genetic abnormality correlates with a poor prognosis and the development of metastasis. Biochemical and in vitro studies led us to identify that DOCK1 interacts with HER2 and is essential to HER2-mediated RAC activation and migration. The use of a HER2 breast cancer mouse model with Dock1 inactivation in the mammary gland led us to identify DOCK1-RAC signaling as novel effectors in HER2-mediated tumor growth and metastasis. We conclude that the use of Dock1 mouse models allowed us to identify some of the key functions regulated by this gene in vivo. Much like its ortholog mbc, Dock1 is essential to embryonic development and regulates myoblast fusion. Our study also reveals important degree of conservation of the mechanisms that regulate fusion between species. In addition, DOCK1 acts downstream of the HER2 RTK in mammary epithelial cells where it contributes to the progression of breast cancer pathology and the formation of metastasis induced by this oncogene.

La régulation de l’apoptose est importante dans le maintient de l’homéostasie cellulaire et l’intégrité du matériel génétique. L’apoptose est un mécanisme cellulaire qui élimine les cellules endommagées. Le bon fonctionnement de cette voie biologique est crucial pour contrer la propagation des cellules avec leurs anomalies génétiques. La dérégulation des gènes codants pour des composantes de la voie intrinsèque de l’apoptose est fréquemment observée chez divers types de cancers, incluant la leucémie. Nous proposons que des polymor¬phis¬mes fonctionnels localisés dans la région régulatrice (rSNP) des gènes impliqués dans la voie d’apoptose intrinsèque auraient un impact significatif dans l’oncogenèse en modifiant le taux d’expression de ces gènes. Dans cette étude, nous avons validé, à l’aide d’une combinaison d’approches in silico et in vitro, l’impact fonctionnel de la variabilité génétique sous la forme d’haplotypes (rHAPs), au niveau du promoteur proximal, de 11 gènes codant pour des composantes de la voie intrinsèque de l’apoptose. Pour ce faire, nous avons sous-cloné les rHAPs majeurs dans un vecteur contenant le gène rapporteur luciférase (pGL3b). Ces constructions furent utilisées dans des essais de transfections transitoires dans 3 lignées cellulaires (Hela, Jeg3 et Jurkat). Nous avons observé qu’au moins 2 rHAPs influencent significativement l’activité transcriptionelle de façon allèle spécifique. Ces rHAPs sont associés aux gènes YWHAB et YWHAQ. Les analyses de retard sur gel d’électrophorèse (EMSA) ont permis d’identifier 2 sites de liaison ADN-protéine différentielles dans les rHAPs du gène YWHAB. La variabilité du niveau d’expression des gènes étudiés pourrait contribuer à la susceptibilité interindividuelle de développer un cancer, tel que la leucémie de l’enfant. / The regulation of apoptosis is important in maintaining cellular homeostasis and the integrity of the genetic material. Apoptosis is a cellular mechanism that eliminates damaged cells. The operation of this biological pathway is crucial to counter the spread of cells and their genetic abnormalities. Deregulation of genes encoding components of the intrinsic pathway of apoptosis is frequently observed in various types of cancers, including leukemia. We propose that functional polymorphism located in the regulatory region (rSNP) of genes involved in the intrinsic apoptosis pathway would have a significant impact in oncogenesis by altering the expression levels of these genes. In this study, we validated, using a combination of in silico and in vitro approaches, the functional impact of genetic variability (analyzed as haplotypes, rHap) at the proximal promoters of 11 genes encoding components of the intrinsic apoptosis pathway. To do this, we subcloned the major rHaps in a vector containing the luciferase reporter gene (pGL3b). These constructs were used in transient transfection assays in three human cell lines (HeLa, Jurkat and JEG3). We observed that at least 2 rHaps significantly influence the transcriptional activity of a specific allele. These rHaps are associated with genes YWHAB and YWHAQ. Electrophoretic mobility shift assays (EMSA) have identified 2 sites for differential DNA-protein binding with the rHaps of YWHAB. Variability in the level of expression of the genes studied could contribute to interindividual susceptibility to developing cancer, such as childhood leukemia.

La phosphorylation des protéines constitue la modification post-traductionnelle la plus importante chez les eucaryotes. Réalisée par des protéines kinases, elle intervient dans plusieurs processus cellulaires et en particulier dans la signalisation. La grande famille des kinases est subdivisée en plusieurs groupes dont les MAPKs qui sont caractérisées par un relais de phosphorylation comprenant trois niveaux (MAPKKK-MAPKK-MAPK). Le rôle des MAPKs a été démontré chez un grand nombre d’organismes et est lié fonctionnellement à plusieurs processus biologiques. Dans ce projet, nous avons essayé de mettre en évidence la fonction de trois MAPKKK (MKKK19, MKKK20 et MKKK21) chez Arabidopsis thaliana, une plante modèle dont le génome a été entièrement séquencé en 2000. Ces trois kinases sont similaires aux kinases FRK1 et FRK2 qui sont impliquées dans le développement des gamètes mâles et femelles chez la pomme de terre sauvage Solanum chacoense. Les MKKK19-21 sont fortement exprimées au niveau de la fleur et plus précisément dans le pollen. L’analyse des lignées de plantes simples mutants pour ces trois kinases ne montre aucun défaut développemental évident en conditions normales suggérant fortement une redondance fonctionnelle entre ces gènes. Par contre, les plantes sous-exprimant les MKKK19-21 produisent un grand nombre de grains de pollen déformé et non viable. La croissance des tubes polliniques est aussi affectée dans ces mutants. Les observations microscopiques ont montré que c’est au stade tricellulaire de la microsporogenèse que ces lignées mutantes sont affectées. Ainsi, ces trois kinases joueraient un rôle important dans la phase tardive du développement pollinique chez Arabidopsis. De façon à déterminer les protéines pouvant agir tant en amont qu’en aval des MKKK19-21, un criblage par la méthode de double hybride chez la levure a été réalisé à partir d’une banque d’ADNc des transcrits d’A.thaliana. Ceci nous a permis d’identifier un grand nombre d’interactants, dont plusieurs protéines kinases pouvant former des voies de signalisation avec les trois MKKK19-21. C’est le cas de la MPK18 qui interagit spécifiquement avec la MKKK20 et pour laquelle un rôle dans la régulation des microtubules corticaux (MTC) avait été démontré. Les résultats de l’analyse des mutants MKKK20 ainsi que les essais kinases nous ont permis de placer la MKKK20 en amont de la MPK18 dans la régulation des MTC. De plus, nous avons pu montrer que la MKK3 interagit spécifiquement avec la MKKK20 parmi les dix MKKs d’Arabidopsis et que ces deux kinases peuvent former un module MAPK aussi lié fonctionnellement aux MTC. L’analyse des doubles mutants (mkkk20/mpk18 et mkk3/mpk18) ainsi que les essais kinases et les observations microscopiques des polymères microtubulaires nous ont permis de caractériser deux voies impliquées dans la régulation des MTC. La première voie, celle de la MKKK20 et de la MPK18 est non canonique, ne nécessitant pas la présence d’une MKK entre les deux, alors que la deuxième voie serait canonique et comprend la MKKK20, MKK3 et possiblement d’autre(s) MPK(s) en aval. Nos résultats suggèrent que ces deux voies sont indépendantes et non synergiques jouant un rôle dans l’instabilité dynamique des MT chez Arabidopsis. / Protein phosphorylation is the major post-translational molecular mechanism through which many eukaryotic proteins are regulated. Phosphorylation is involved in several biological processes and is carried out by kinase enzymes. The very large family of kinases is divided into many subgroups including MAPKs which function as a canonical module of three stepwise phosphorylation events (MAPKKK-MAPKK-MAPK). In this project, we aimed to study the function of three MAPKKK, MKKK19, 20 and 21 in Arabidopsis thaliana, as it has been shown that two of their potential orthologues, FRK1 and 2 in Solanum chacoense are involved in male (pollen) and female (embryo sac) gametophyte development. We found that the MKKK19-21 were highly expressed in reproductive organs, more specifically inside pollen grains. MKKK19-21 single mutants showed WT phenotype under normal conditions, suggesting a possible functional redundancy from these genes. To overcome this, down-regulation of endogenous MKKK19-21 expression via transformation of WT A. thaliana with an artificial microRNA (amiRNA) construct was made. This led to the production of plants exhibiting a high number of dead pollen grains, as well as with defects in pollen tube growth for the viable ones. Microscopic observations of microsporogenesis showed that pollen developmental defects occurred at the tricellular stage. Consequently, the three MKKK19-21 are functionally important for the late stage of pollen development in A. thaliana. In order to find proteins acting both upstream and downstream of MKKK20, a yeast two-hybrid screen was performed against an Arabidopsis cDNA library. This led to the identification of a large number of interacting proteins. These proteins belong to several functional categories with some that could act in signaling pathways with MKKK19-21. Among them, MAPK18 that was demonstrated to regulate cortical microtubules (CMT) and that was found to interact specifically with MKKK20. The results of MKKK20 mutant plants analyses and kinase assays indicate that MKKK20 would act upstream of MPK18 in regulating CMT. The MKK3 was also found from a directed Y2H screen, and was shown to specifically interact with MKKK20 among the 10 Arabidopsis MKKs. MKK3 mutant analysis showed that both kinases could form a MAPK signaling pathway functionally linked to CMT. Furthermore, double mutants (mkkk20/mpk18 and mkk3/mpk18) analysis and kinase assays as well as microscopic observations of microtubule polymers allowed us to postulate that two different signaling pathways are involved in the regulation of CMT. The first one, considered as non-canonical MAPK pathway consists of MKK20 and MPK18, bypassing the need of an MKK, while the second one is a canonical pathway that comprises MKKK20, MKK3 and possibly other MPK(s). We concluded from these results that the two pathways are independent and do not work synergistically in MT dynamic instability in Arabidopsis cells.

Les films de simulations qui accompagnent le document ont été réalisés avec Pymol. / Les protéines accomplissent leur fonction dans la cellule grâce à leur faculté de changer de forme. Chaque classe de protéines peut se caractériser par une structure spécia- lisée partagée par ses membres avec un certain degré de variabilité. Tel est le cas des protéines à motifs mains-EF, qui se transforment en liant et déliant l ’ion calcium. Ce motif permet à la Troponin C de s’ouvrir et se refermer afin de moduler le mécanisme de contraction des fibres musculaires. Un mécanisme similaire permet à la Calmoduline de gérer l’activité de divers canaux cellulaires. Les techniques de simulations numériques peuvent aider à comprendre les trajectoires de ces transformations. Le projet principal de cette thèse consistait à développer une méthode informatique multi-échelle permettant de simuler des mouvements complexes à l’intérieur d ’une protéine. La représentation multi-échelle développée peut changer et s’adapter en cours de simulation. La méthode, ART holographique, explore l’espace en générant des basculements d’ensembles atomiques, selon des champs de force atomistiques non biaisés indiquant à tout moment comment les ensembles doivent pivoter. La méthode réduit le calcul des fluctuations locales mais conserve une représentation spatiale complète. La représentation multi-échelle est combinée à une technique de recherche de passages de transition énergétiquement favorables, ART nouveau, qui conduit la trajectoire moléculaire d ’étape en étape. Appliquée à plusieurs protéines, dont la Calmodulin et la Troponin C, ART holographique génère des trajectoires de transformation entre des conformations distantes de celles-ci, déjà connues grâce aux techniques de RMN ou de cristallographie. L’usage d ’une représentation spatiale complète tout au long de la simulation favorise le discernement de certains détails des mécanismes. Le rôle, l’ordre d ’intervention, ainsi que la coopérativité de certains résidus et structures impliqués dans le mécanisme des paires main-EF ont été explorés plus en détail et un état intermédiaire est proposé. / Proteins accomplish their function inside cells by means of conformational changes. Each protein class may be characterized by a specialized structure shared by its members with some variability. EF-hands proteins present a special motif which transforms itself while binding or unbinding the calcium ion. This structure allows Troponin C domains to open and close as it modulates the muscular fibers contraction. A similar mechanism allow Calmodulin to manage the activity of a diversity of protein channels. Computational techniques may help discover how these transformations occur. The main project of this thesis was the development of a multi-scale computational method for the simulation of complex motions inside a protein. The multi-scale approach is designed to adapt and change all along the simulation. The method, holographic ART, explore conformational space by generating swiveling and rotation of atomic ensembles, leaded by non biased atomistic forcefields. This determines at each step the overall motion, keeping a complete spatial representation, but with minimal local fluctuations computation. The multi-scale representation is combined with a unbiased open ended algorithm for identifying transitions states, ART nouveau, which guides the molecular trajectory from state to state. Applied to several proteins, the method was able to generate transforma- tion trajectories between distant conformations known from NMR and crystallography techniques. The use of a complete spatial representation throughout the simulation allows the method to capture atomistic details of each event. The purpose, the intervention order, as well as cooperativity between some residues and sub-structures involved in the EF-hand pair mechanism have been explored more in detail and an intermediate state is proposed.

Le Deoxynivalenol (DON) est une mycotoxine majeure retrouvée dans l’alimentation animale et celle-ci est connue pour réduire la fertilité des truies en inhibant la sécrétion de progestérone par les cellules de granulosa. Chez le bétail, DON est métabolisée en de-epoxy DON (DOM-1) dans le rumen, et DOM-1 peut atteindre des concentrations élevées dans le sang et les liquides folliculaires. Une des voies majeures de signalisation activée par DON est le ribotoxic stress response (RSR), lequel induit une auto-phosphorylation de la protéine kinase R (PKR) et réduit l’activation des MAP kinases incluant la MAPK3/1. Il n’a pas encore été démontré que ces mycotoxines affectent la reproduction chez les bovins. Les objectifs de cette thèse sont (1) de déterminer comment et à quelles doses DON affecte la fonction des cellules de granulosa et d’élucider les mécanismes d’action entrant en jeu; et (2) déterminer comment et à quelles doses la mycotoxine majeure DON et son métabolite DOM-1, affectent la fonction des cellules de la thèque chez le bétail. Les résultats sont présentés dans trois articles distincts. Dans le premier article, nous explorons les effets de DON sur les cellules de granulosa bovines; les traitements avec DON résultant en une inhibition significative de la sécrétion d’oestradiol et de progestérone (P4), et en une augmentation de la proportion de cellules apoptotiques après 4 jours de traitement. Les expériences de Western-Blot démontrent une stimulation significative de la phosphorylation de ERK1/2 et de MAPK14 entre 15 et 30 minutes après le début du traitement des cellules par DON. Par la suite, nous avons déterminé les effets de DON sur les gènes cibles de ERK1/2. En effet, les niveaux d’ARNm de EGR1 et FOS sont transitoirement augmentés avec des niveaux maximum à 1h de traitement par DON, tandis que les niveaux d’ARNm de iv COX2 et GADD45B sont augmentés mais plus de 24h après le début du traitement par DON. Dans le second article, les effets de DON et DOM-1 sur les cellules de thèque ont été étudiés. Le traitement des cellules par DOM-1 résulte en une inhibition dosedépendante de la sécrétion de P4 et de testostérone, et en une augmentation de la proportion de cellules apoptotiques, tandis que DON inhibe la sécrétion de P4 sans altérer celle de la testostérone ou bien le pourcentage de cellules mortes. Les deux mycotoxines sont effectives de manière maximale à des concentrations de 1 ng/ml (en revanche, DON affecte les cellules de granulosa à 100 ng/ml). Les résultats de Western-Blot démontrent la phosphorylation rapide de MAPK3/1, PKR et de JUN kinase après un traitement par DON ou DOM-1. En présence d’un inhibiteur spécifique de PKR, DON et DOM-1 sont incapables d’induire la phosphorylation de MAPK3/1, et l’effet inhibiteur de DON sur la phosphorylation de MAPK14 est en partie abrogé. Néanmoins, l’inhibiteur de PKR augmente davantage la phosphorylation de MAPK14 induite par DOM-1. Ensemble, ces résultats suggèrent que DON active le RSR dans les cellules de thèque et les cellules de granulosa bovines, et que les cellules de la thèque sont plus sensibles que les cellules de granulosa aux effets de DON. Ces données démontrent pour la première fois l’habilité de DOM-1 à affecter les fonctions et la survie cellulaires. / Deoxynivalenol (DON) is a major mycotoxin found in animal feed and is known to reduce fertility in pigs by inhibiting progesterone secretion from granulosa cells. In cattle, it is metabolized to de-epoxy DON (DOM-1) in the rumen, and DOM-1 can reach high concentrations in blood and follicular fluid. One of the major pathways activated by DON is the ribotoxic stress response (RSR), which involves autophosphorylation of protein kinase R (PKR) and downstream activation of MAP kinases including MAPK3/1. It is not known if these mycotoxins affect bovine reproduction. The objectives of present thesis were (1) to determine how and at what doses DON affects ovarian granulosa cell function and to elucidate its mechanism of action; and (2) to determine how and at what doses major mycotoxin DON and its metabolite DOM-1 affect theca cell function in cattle. The results are separated into three articles. In the first article the effects of DON on granulosa cells were explored; treatment with DON resulted in a significant inhibition of estradiol and progesterone (P4) secretion, and an increase in the proportion of apoptotic cells after 4 days of treatment. Western blot demonstrated significant upregulation of ERK1/2 and MAPK14 phosphorylation within 15-30 minutes of adding DON. We then determined the effect of DON on ERK1/2 target genes; EGR1 and FOS mRNA levels were transiently stimulated with maximum levels at 1 h of adding DON, whereas COX2 and GADD45B mRNA levels were upregulated but not until 24 h after DON treatment. In the second article, the effects of DON and DOM-1 on theca cells were assessed. Treatment with DOM-1 resulted in a dose-dependent inhibition of P4 and testosterone secretion, and an increase in the proportion of apoptotic cells, while DON inhibited P4 but did not alter testosterone secretion or the percentage of dead cells. Both ii DON and its metabolite were maximally effective at concentrations of 1 ng/ml (in contrast, the effects of DON on occur at 100ng/ml). Western blot demonstrated rapid phosphorylation of MAPK3/1, PKR and of JUN kinase after addition of DOM-1 or DON. Interestingly, phosphorylation of MAPK14 was significantly increased by DOM-1 but decreased by DON. The addition of a PKR inhibitor abrogated the ability of DON and DOM-1 to increase phosphorylation of MAPK3/1, and partly abrogated the inhibitory effect of DON on MAPK14 phosphorylation, however, the PKR inhibitor further increased the phosphorylation of MAPK14 caused by DOM-1. Together, these results suggest that DON activates the RSR in bovine granulosa and theca cells, and that theca cells are more sensitive than granulosa cells to the effects of DON. The data also demonstrate for the first time in any cell type the ability of DOM-1 to affect cell function and health.