La protéine Haspine est une sérine / thréonine kinase mitotique conservée, connue pour fonctionner par la phosphorylation de l'histone H3 (H3pT3). Bien que H3T3 soit le seul substrat bien connu de Haspine, il se peut que H3pT3 ne suffise pas à expliquer toutes les fonctions de Haspine au cours de la mitose. Fait intéressant, l’homologie de la portion N-terminale de H3 avec la portion Cterminale de H2B suggère que la thréonine 119 de H2B (H2BT119) est un candidat potentiel fort pour être un substrat majeur de Haspine. Ainsi, l’objectif de ce projet était d’étudier la phosphorylation de H2BT119 dépendante de Haspine pendant la mitose. La phosphorylation de H2B recombinant sur la position T119 par Haspine a été confirmée par un dosage de kinase en utilisant la radioactivité. En outre, le signal H2BpT119 sur la protéine recombinante H2B a été détecté par un anticorps anti-H2BpT119, confirmant la phosphorylation de H2B dépendante de Haspine sur ce site dans le test de kinase in vitro. En outre, une augmentation de la taille moléculaire de H2B a été observée après le dosage de la kinase. Les résultats des expériences in vivo, incluant l'analyse par Western-blot d'extrait d'histones mitotiques et la microscopie à fluorescence avec l'anti-H2BpT119, suggèrent une phosphorylation de H2B au site T119, qui s'est également avérée dépendant de l'activité de Haspine. Cependant, en raison de la potentielle réactivité croisée de l’anti-H2BpT119 avec H3pT3, une forme marquée de H2B a été utilisée lors de l’étude du signal H2BpT119 au cours de la mitose. Le marquage augmente la taille moléculaire de H2B et aide à reconnaître H2BpT119 loin de H3pT3. Plusieurs systèmes de marquage ont été utilisés, mais toutes les tentatives ont échoué, en raison du faible niveau de H2B exogène. Cependant, les résultats de ce projet suggèrent que le signal H2BpT119 pendant la mitose pourrait révéler un nouveau mécanisme dépendant de Haspine pour la régulation de la ségrégation des chromosomes. Par conséquent, il reste important d'étudier cette marque d'histone au cours de la mitose. / Haspin is a conserved mitotic serine/threonine kinase that is known to function through histone H3 phosphorylation (H3pT3). Despite this, H3T3 is the only well-known substrate for Haspin, H3pT3 may not be enough to explain all Haspin functions during mitosis. Interestingly, homology of H3 N-terminus with H2B C-terminus suggests that H2BT119 is a strong potential candidate to be a major substrate of Haspin. Thus, the aim was to investigate Haspin-dependent phosphorylation of H2BT119 during mitosis. Phosphorylation of recombinant H2B at T119 by Haspin was confirmed by a radioactivity-based kinase assay. Also, H2BpT119 signal on recombinant H2B was detected by an anti-H2BpT119 antibody, confirming Haspin-dependent phosphorylation of H2B at this site in the in vitro kinase assay. Also, an upshift of H2B was observed following the kinase assay. Results from in vivo experiments, including Western blot analysis of mitotic histone extract and immunofluorescence microscopy with the anti-H2BpT119, support phosphorylation of T119 in H2B, which also was found to depend on Haspin activity. However, due to the potential anti-H2BpT119 cross-reactivity with H3pT3, while exploring H2BpT119 signal during mitosis, tagged H2B was used. The tag increases H2B molecular size and helps to distinguish H2BpT119 from H3pT3. Several tagging systems was used, but all attempts failed, because of the low level of the exogenous tagged H2B. However, the results of this project suggest H2BpT119 signal during mitosis that may reveal a novel Haspindependent mechanism for chromosome segregation regulation. Therefore, it remains important to study this histone mark during mitosis.

Résumé : La néphropathie diabétique (ND) est la principale cause d’insuffisance rénale de stade terminal en Amérique du Nord. Les podocytes, cellules épithéliales hautement spécialisées du glomérule, supportent et maintiennent les mécanismes de filtration glomérulaire. Des biopsies de reins de patients diabétiques ont montré que le nombre de podocytes est significativement réduit chez les patients avec un diabète récent. Néphrine est une protéine transmembranaire qui a été démontrée comme ayant un rôle majeur dans le maintien de l’intégrité de ces cellules. Une diminution de l’expression de néphrine est observée chez les personnes atteintes de la ND. Des études ont démontré que la phosphorylation en tyrosine de néphrine était impliquée dans la régulation de l’inhibition des voies de l’apoptose et le remodelage du cytosquelette d’actine. Notre laboratoire a publié que l’expression de la tyrosine phosphatase SHP-1 était augmentée dans les podocytes exposés à des concentrations élevées de glucose (HG). Les résidus tyrosines de néphrine sont contenus dans des séquences pouvant être reconnues par SHP-1. Notre hypothèse est que SHP-1 interagit avec néphrine, et que l’augmentation de l’expression de SHP-1 en condition d’hyperglycémie et de diabète viendrait déréguler les voies de signalisation de néphrine, contribuant aux dommages des podocytes dans la maladie. Des coimmunoprécipitations dans des podocytes montrent une interaction entre SHP-1 et néphrine, qui est augmentée en condition HG. Cette augmentation en HG était associée à une baisse des niveaux de phosphorylation de néphrine. La surexpression de la forme inactive de SHP-1 dans les podocyte rétablie les niveaux de phosphorylation de néphrine en condition HG. Dans un modèle de surexpression avec des cellules HEK, la surexpression de SHP-1 diminue les niveaux de phosphorylation des tyrosines 1176/1193 et 1217, qui sont associées au remodelage de l’actine. Des coimmunoprécipitations avec des mutants de néphrine montrent que les tyrosines 1114 et 1138 sont essentielles pour l’interaction de SHP-1 avec néphrine. Dans un modèle murin de diabète de type 1, une diminution de l’expression et de la phosphorylation de néphrine sont observée comparativement aux souris de type sauvage. Ces diminutions sont associées avec une augmentation de l’expression de SHP-1. En conclusion, l’augmentation de l’expression de SHP-1 en condition d’hyperglycémie réduit les niveaux de phosphorylation en tyrosine de néphrine et vient potentiellement inhiber ses voies de signalisation dans le diabète, contribuant à la dysfonction podocytaire et à la néphropathie diabétique. / Abstract : Diabetic nephropathy (DN) is the leading cause of end-stage renal disease in North America. Podocytes are highly specialized epithelial cells involved in the glomerular filtration process. Morphometric observation from kidney biopsies of diabetic patients showed a significant reduction in the number of podocytes in patients with short duration of diabetes before the apparition of microalbuminuria. Nephrin, a transmembrane protein found in the slit diaphragm, has been found to play a key role in the integrity of the podocytes. Clinical observations indicated that nephrin expression was reduced in kidney biopsy of diabetes patients. Recent studies have shown that phosphorylation of tyrosine residues of nephrin participate in intracellular pathways regulating actin dynamics and podocyte survival. Our laboratory has recently published that the expression of the tyrosine phosphatase SHP-1 is elevated in podocytes exposed to high glucose concentrations (HG). Nephrin contains sequences that are known to be potential target for SHP-1. Our hypothesis is that SHP-1 can interact with nephrin, and the increase of SHP-1 expression in diabetic nephropathy deregulates nephrin-mediated pathways, contributing to podocyte’s damage in the disease. Coimmunoprecipitation experiments show an interaction between SHP-1 and nephrin which is increased in podocytes exposed to HG. Overexpression of the inactive form of SHP-1 in podocytes exposed to HG restores nephrin phosphorylation. In HEK cells, overexpression of SHP-1 reduces nephrin phosphorylation specifically on tyrosine 1176/1193 and 1217, which regulates actin dynamics. Coimmunoprecipitation experiments with nephrin mutants show that tyrosine 1114 and 1138 are essentials to the interaction between SHP-1 and nephrin. In a type 1 diabetic murine model, a reduction of the expression and phosphorylation levels of nephrin are observed. Both reductions are associated with an increase in SHP-1 expression. In conclusion, diabetes triggered SHP-1 expression in podocytes which reduces nephrin tyrosine phosphorylation and potentially inhibits nephrin signaling in diabetes, contributing to podocytes dysfunction in diabetic nephropathy.

La protéine liant les ARNs HuR/ELAVL1 est impliquée dans la stabilisation d’ARNm dont la région 3’UTR présente des motifs riches en A et U (« AU-rich element », ARE). Ces ARNm codent majoritairement des protéines dont la dérégulation favorise l’émergence de cancers (oncogènes, cyclines, facteurs de croissance…). Notamment, HuR est surexprimée dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) humain et dans des lignées de CHC en culture et est anormalement retrouvée dans le cytoplasme des cellules hépatiques tumorales participant à leur prolifération. De plus, les modifications post-traductionnelles des protéines liant les ARNs modulent leur localisation subcellulaire ainsi que leur capacité à lier et contrôler le devenir de leurs cibles. Plusieurs serine/thréonine kinases identifiées sont capables de moduler la fonction de l’AUBP (« AU-binding protein ») HuR. Via des études in vitro, nous avons identifié la Y200 comme étant une cible (probablement la seule) de la « tyrosine kinase non-récepteur » Abelson sur HuR. Cette tyrosine kinase est également surexprimée dans le CHC humain et dans des lignées de CHC en culture (comme les cellules HuH7). L’inhibition d’Abl par le Nilotinib influence le profil acido-basique de la protéine HuR, en gel bidimensionnel, dans les cellules HuH7, suggérant un rôle d’Abl dans les fonctions d’HuR sur ses cibles ARNm. / The RNA binding proteins (RBPs) HuR/ELAVL1 is involved in the stabilization of mRNAs whose 3'UTR contains motifs enriched in A and U (« AU-rich element », ARE). These mRNAs encode mainly proteins whose deregulation promotes the emergence of cancer (oncogenes, cyclins, growth factors...). In particular, HuR is overexpressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and in human HCC cell lines in culture and is abnormally found in the cytoplasm of liver tumor cells contributing to their proliferation. Furthermore, the Posttranslational modifications of RNA binding proteins (RBPs) modulate their subcellular localization and their ability to bind and control the fate of their targeted mRNAs. Some sérine/thréonine identified kinase are capable of modulating the function of the AUBP (« AU-binding protein ») HuR. By in vitro studies, we identified Y200 as a target (probably the only one) of the « non-receptor tyrosine kinase » Abelson on HuR. This kinase is also overexpressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and in human HCC cell lines in culture (as cells HuH7). The inhibition of Abl by Nilotinib (one inhibitor) influences the acido-basic profile of the protein HuR, on Gel 2D, in cells HuH7, suggesting a role of Abl in the functions of HuR on its targets ARNm.

Le séquençage intégral du génome de Mycobacterium tuberculosis a permis de mettre en évidence l’existence de onze Sérine/Thréonine Protéine-Kinases (STPKs) chez cette bactérie. Bien que la quasi-totalité des STPKs aient été biochimiquement caractérisées, très peu de substrats endogènes ont pu être identifiés. Par conséquent, le rôle physiologique de ces couples kinase/substrat reste à élucider. Tout d’abord, les études réalisées au cours de ce travail ont concerné la caractérisation biochimique de la protéine-kinase PknL, ainsi que l’identification de ses substrats potentiels, et notamment la protéine Rv2175c. En effet, l’analyse de l’environnement génétique du gène pknL de la kinase a révélé la présence du gène adjacent rv2175c, pouvant ainsi représenter un substrat éventuel de PknL. Les différentes approches mises en oeuvre ont permis d’identifier cinq sites de phosphorylation sur PknL, et de mettre en évidence le caractère essentiel des résidus K48, T173 et T175 dans les mécanismes d’autophosphorylation de PknL et de phosphorylation de Rv2175c, confirmant ainsi Rv2175c comme substrat spécifique de PknL. Par ailleurs, la caractérisation par RMN de la structure de Rv2175c a permis de déterminer la fonction de cette protéine. Rv2175c possède toutes les caractéristiques structurales d’une protéine capable de fixer l’ADN. Des études fonctionnelles ont permis de confirmer la capacité de Rv2175c de fixer l'ADN et ont mis en évidence le mécanisme de régulation via phosphorylation régissant son activité de fixation. Ensuite, nous avons mis en évidence la phosphorylation des protéines chaperonnes mycobactériennes et, plus particulièrement, caractérisé GroEL1. Nous avons démontré que GroEL1 était phosphorylée par PknF, et identifié les résidus T25 et T54 comme étant les sites de phosphorylation de GroEL1. L’ensemble de cette étude nous a donc permis de caractériser de nouveaux substrats de phosphorylation chez M. tuberculosis, de mieux appréhender les interactions kinase/substrat et d’impliquer la phosphorylation dans la régulation de l’activité de ces substrats / Analysis of the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis predicted the presence of eleven Serine / Threonine Protein-Kinases (STPKs). Although most kinases have been investigated for their physiological roles, little information is available regarding how STPK-dependent phosphorylation regulates the activity of kinase substrates. As a result, the physiological role of these kinase / substrate couples remains to be clarified. During the course of this work, we first characterized a substrate/kinase pair, PknL/Rv2175c. Moreover, pknL (rv2176) is adjacent to rv2175c, a gene encoding a putative DNA-binding transcriptional regulator. We demonstrated that PknL can recruit and phosphorylate Rv2175c and that phosphorylation of Rv2175c was dependent on a specific phosphorylated residue located within the activation loop of PknL. However, although Rv2175c harbours a DNAbinding domain carrying a helix-turn-helix (HTH) motif, it shares only weak similarity to transcriptional regulatory proteins. Therefore, to provide further evidence for the function of Rv2175c, we have solved the soluble NMR structure of Rv2175c. In addition, we confirmed by gel shift mobility assays that Rv2175c was indeed able to bind DNA. More importantly, we identified Thr9 as the unique phosphorylation site in Rv2175c, and demonstrated that phosphorylation of Rv2175c strongly altered its DNA-binding activity. In addition, although mycobacterial GroEL1 proteins have been extensively studied, no data were available with respect to their potential post-translational modifications. We reported here, for the first time, phosphorylation of the M. tuberculosis GroEL1 chaperone. We demonstrated that M. tb GroEL1 is phosphorylated by PknF at two positions, Thr25 and Thr54. Unexpectedly, Mycobacterium smegmatis GroEL1 is not a substrate of its cognate PknF. This study showed that the phosphorylation profile of conserved proteins is species dependent and provides insights that may explain the numerous biological functions of these important proteins

La protéine de fonction inconnue, YvcK, est vitale chez Staphylococcus aureus mais non essentielle chez les bactéries modèles Bacillus subtilis ou Escherichia coli. Chez B. subtilis, les bactéries délétées du gène yvcK, sont sérieusement affectées dans leur croissance et leur morphologie dans des conditions de croissance gluconéogéniques. Les défauts observés peuvent être compensés par l’ajout de fortes concentrations de magnésium ou par l’inactivation de gènes impliqués dans le métabolisme. Ceci suggère que, les mutants yvcK présentent des altérations au niveau de la paroi bactérienne qui sont probablement dues à un désordre du métabolisme. Le phénotype lié à l’absence d’YvcK est similaire à celui observé chez des souches mutées au niveau de gènes impliqués dans la synthèse du peptidoglycane ou constituant le cytosquelette. La protéine MreB, composant majeur du cytosquelette bactérien, forme une structure hélicoïdale sous la membrane cytoplasmique pour positionner les enzymes de synthèse et la maturation du peptidoglycane. In vivo, la protéine YvcK est également localisée sous la forme d’une hélice. Par ailleurs, la surexpression de YvcK supprime le défaut de morphologie du mutant mreB et vice versa. Il a été montré que, chez B. subtilis, la localisation de la protéine membranaire PBP1 était dépendante de MreB. Une délétion de ponA, gène codant pour PBP1, rétablit la viabilité d’un mutant mreB et celle du mutant yvcK dans des conditions de croissance gluconéogéniques. La protéine de fusion GFP-PBP1 dans une souche délétée du gène yvcK, cultivée en milieu liquide CE-gluconate est délocalisée expliquant le gonflement des cellules. Ce résultat suggère que la localisation normale de PBP1 au septum due à la surproduction de YvcK dans un mutant mreB (et réciproquement) permet la restauration de la croissance et de la morphologie. De plus, nous avons montré que, comme son homologue présent chez Mycobacterium tuberculosis, YvcK est phosphorylée in vitro. Nous avons caractérisé la phosphorylation d’YvcK par la protéine kinase PrkC et nous avons identifié la Thr 304 comme site unique de phosphorylation. Cette phosphorylation semblerait jouer un rôle important dans la complémentation du mutant mreB et du repositionnement de la PBP1. / The YvcK protein is a bacterial conserved protein of unknown function. It is essential in Staphylococcus aureus but not essential in both Bacillus subtilis and Escherichia coli. In B. subtilis, inactivation of the yvcK gene seriously affects growth and morphology on neoglucogenic carbon sources. The defects observed in a yvcK mutant can be offset by the addition of high concentrations of magnesium or by inactivation of genes involved in metabolism. This suggests that, when grown on some carbon sources, yvcK mutants display alterations in their cell wall probably due to a disorder in this metabolism. The phenotype associated with the absence of YvcK is similar to that observed with strains mutated in genes involved in peptidoglycan synthesis or encoding proteins of the cytoskeleton. The major component of cytoskeleton, MreB, an actin-like protein, together with other proteins, forms a helical structure at the cell membrane that participates in the organization and positioning of the enzymes of peptidoglycan synthesis and maturation. We showed that YvcK is organized as a helical like pattern localized near the inner surface of the membrane, independently of the presence of MreB. Surprisingly and despite that these two proteins do not harbour any similarity of sequence or structure, an overproduction of YvcK restored a normal morphology in an mreB mutant strain and vice versa. Furthermore, as already observed for the mreB mutant, in a yvcK mutant strain, the penicillin-binding protein PBP1 is delocalized and deletion of its gene restores growth of a yvcK mutant on gluconate medium. All these results suggest that YvcK is not only involved in the synthesis of cell wall from gluconeogenic carbon sources but also plays a role in cell morphogenesis. In addition, we have shown that similarily to its Mycobacterium tuberculosis homolog, YvcK is phosphorylated in vitro. We have characterized the phosphorylation of YvcK by the protein kinase PrkC and we identified the Thr 304 as the single phosphorylation site. Furthermore, this phosphorylation appears to play an important role in the complementation of the mreB mutant and repositioning of PBP1.

Les nanodiamants font l'objet d'un intérêt croissant dans différents domaines tels que la physique (grâce aux propriétés photo-physiques dues aux défauts azotés dans la maille cristalline), la chimie des matériaux (synthèse de nouveaux matériaux composites avec des performances mécaniques accrues), la tribologie (lubrification, polissage) et la biologie (comme agents de contraste ou vecteurs de molécules actives, …). Le développement de nouveaux matériaux fonctionnels à base de nanodiamants nécessite de poursuivre des études fondamentales sur la fonctionnalisation et la caractérisation de leur surface. Plusieurs méthodes de fonctionnalisation de surface ont déjà été proposées, mais beaucoup de possibilités n'ont pas encore été explorées.L'objectif de ce projet de recherche est de mettre au point de nouvelles voies de modification de surface de nanodiamants et de développer des techniques de caractérisation de ces matériaux. Les nanodiamants que nous étudions sont commerciaux. Ils sont obtenus par détonation puis purifiés et comportent des fonctions oxygénées en surface (alcool, acide carboxylique, cétone, etc). Nous proposons de fonctionnaliser la surface de ces nanodiamants en faisant réagir les fonctions alcool de surface avec des chlorures d'acides phosphorique ou phosphonique. Une première partie des résultats concerne le greffage par le trichlorure de phosphoryle (POCl3) conduisant à la fonctionnalisation par des espèces phosphates. La seconde partie présente le greffage de chlorure d'acides phosphoniques (RPOCl2) permettant le greffage de phosphonates.Les nanodiamants modifiés sont étudiés par différentes techniques de caractérisation, notamment par spectroscopie infrarouge (FTIR), analyse thermogravimétrique (ATG), résonance magnétique nucléaire (RMN) en phase solide du 31P, 13C et 1H, analyses élémentaires, diffraction des rayons X (DRX) et microscopie électronique à transmission (MET).Enfin, en collaboration avec l'Ecole des Mines d'Alès, nous avons débuté l'étude de composites polymère/nanodiamants, et les premiers résultats sont présentés dans une troisième partie. / Nanodiamonds are increasingly studied in different fields such as physics (through spontaneous photoluminescence properties due to nitrogen-vacancy centers), tribology (lubrication, polishing), materials science (nanocomposites) or biology (drug or gene delivery, bio-labeling). The development of nanodiamonds-based materials with new properties requires continuing further fundamentals studies on the functionalization and characterization of their surface. Several methods of surface functionalization have already been proposed but many possibilities have not yet been explored.The objective of this research project is to develop new ways of surface modification of nanodiamonds and develop techniques for the characterization of these materials. The nanodiamonds studied here are commercial. They are obtained by detonation then purified and their surface is covered by oxygenated functions (alcohol, carboxylic acid, ketone, aldehyde, etc.). We propose to functionalize the surface of these nanodiamonds by reacting the alcohol surface functions with phosphoric or phosphonic acid chlorides. The first part of the results concerns the grafting by phosphoryl trichloride (POCl3) leading to the functionalization by phosphate species. The second part presents the grafting of phosphonic acid chlorides (RPOCl2) leading to phosphonate surface species.Surface modifications are monitored by several characterization methods such as infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H, 13C and 31P solid-state NMR), elemental analysis, X-ray diffraction (XRD) and transmission electronic microscopy (TEM).In addition, in collaboration with the Ecole des Mines d'Alès, we started the study of polymer/nanodiamonds composites, and the first results are presented in a third part.

L’apoptose, ou mort cellulaire programmée, joue un rôle majeur au cours du développement embryonnaire et dans le maintien de l’homéostasie tissulaire chez l’adulte. La voie mitochondriale de l’apoptose est principalement activée par la protéine oncosuppressive p53. Le FGF1 est un facteur de croissance atypique, majoritairement intracellulaire et nucléaire qui induit la prolifération, la différenciation et la survie cellulaires. Dans les cellules PC12, le FGF1 présente des activités neurotrophique et anti-apoptotique vis-à-vis de l’apoptose dépendante de p53. De plus, il interagit avec la protéine p53. La localisation nucléaire du FGF1 semble nécessaire à ses activités intracellulaires ainsi qu’à son interaction avec p53.Au cours de ma thèse, j’ai étudié les activités neurotrophique et anti-apoptotique de différentes formes mutantes du FGF1. J’ai entrepris l’étude de l’activité intracellulaire de la forme FGF1K132E, forme mutante dont les activités extracellulaires sont inhibées. La mutation du résidu lysine 132 pourrait modifier la phosphorylation du résidu sérine 130 du FGF1, j’ai donc également étudié deux autres formes mutantes : le FGF1S130A, dont la phosphorylation est inhibée et le FGF1S130D dont la phosphorylation est mimée. Les résidus mutés (K132 et S130) sont situés dans le domaine C-terminal du FGF1.Cette étude nous a permis de montrer que la phosphorylation du FGF1 inhibe son activité anti-apoptotique mais ne modifie pas son activité neurotrophique, et que le domaine C-terminal du FGF1 est fortement impliqué dans la régulation de ses activités intracellulaires. Toutes ces formes mutantes sont capables d’être transloquées dans le noyau ce qui suggère que la localisation nucléaire du FGF1 soit nécessaire mais insuffisante pour ses activités intracellulaires. Par ailleurs, p53 peut interagir avec le FGF1WT et certaines formes mutantes, toutefois cette interaction n’est pas strictement corrélée à l’activité anti-apoptotique du FGF1, ce qui suggère l’existence d’autres régulations nucléaires qui restent à caractériser.Mes travaux ont permis pour la première fois de mettre en évidence le rôle de la phosphorylation du FGF1 et de son domaine C-terminal dans la régulation de ses activités intracellulaires. La poursuite de cette étude permettra de mieux caractériser le rôle nucléaire de ce facteur de croissance et de caractériser ses éventuelles interactions avec des protéines nucléaires comme p53 / Apoptosis, a form of programmed cell death, is required for embryonic development and tissue homeostasis. The mitochondrial pathway of apoptosis is mainly induced by p53, an oncosuppressor that acts as a transcription factor. FGF1 is one of the two prototypic members of the FGF family. Contrarily to most FGFs, FGF1 lacks a secretion peptide signal and acts mainly in an intracellular and nuclear manner. Intracellular FGF1 induces cell proliferation, differentiation and survival. In PC12 cells, FGF1 inhibits p53-induced apoptosis and interacts with p53. FGF1 nuclear localization seems to be required for its intracellular activities and its interaction with p53.To better characterize the FGF1 intracellular pathway, we studied neurotrophic and anti-apoptotic activities of several mutant forms of FGF1: the FGF1K132E that could affect FGF1 phosphorylation, and two phosphorylation-site mutant forms, i.e. the FGF1S130A (preventing phosphorylation) and the FGF1S130D (mimicking phosphorylation). All these mutations are localized in the C-terminal domain of FGF1. This study showed that phosphorylation inhibits FGF1 anti-apoptotic activity but not its neurotrophic activity in PC12 cells and that the FGF1 C-terminal domain is strongly involved in the regulation of its intracellular activities. Despite their different activities, all mutant forms are localized both in the cytosol and the nucleus. Therefore, nuclear localization is required but insufficient for FGF1 to display its intracellular activities.Besides, p53 can interact with wild-type and some of the mutant forms of FGF1. This interaction does not strictly correlate with FGF1 anti-apoptotic activity. Thus, the nuclear mechanisms regulating FGF1 intracellular activities remain to be characterized.Our study highlights for the first time the role of the phosphorylation and the C-terminal domain of FGF1 on the regulation of its intracellular activities. This work must continue on to further characterize FGF1 nuclear activities and its interactions with nuclear proteins such as p53

HEF1 (Human Enhancer of Filamentation 1) est une protéine d’ancrage multi-domaine de la famille CAS. Ces protéines sont impliquées dans des modifications du cytosquelette et sont des médiateurs de l’activation par les intégrines des cascades de signalisation au niveau des adhérences focales. Des données récentes ont mis en évidence une expression élevée de HEF1 associée à une capacité de migration et d’invasion cellulaire accrue dans plusieurs types de cancer. Ainsi, un rôle de la protéine dans la progression tumorale et le développement métastatique a été suggéré. HEF1 est une phosphoprotéine. Outre sa phosphorylation sur résidus tyrosine par les kinases FAK et Src bien décrite, elle est également phosphorylée sur des sérines: la sérine 296 et la sérine 369 identifiée par notre laboratoire comme étant un régulateur de la dégradation protéosomale de la protéine. A ce jour, peu d’informations sont disponibles sur le rôle de HEF1 dans la progression tumorale colorectale, ou sur l’implication de sa phosphorylation sur sérine dans ses fonctions biologiques.Mon travail de thèse a permis de montrer une régulation positive de l’expression de HEF1 dans des échantillons du cancer de côlon, associée à une augmentation de la migration cellulaire dans des lignées tumorale colorectales. L’induction de la migration de la lignée HCT116 lors de la surexpression de HEF1 est corrélée à une augmentation de la phosphorylation sur tyrosine de FAK de manière dépendante de la kinase Src. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressé à la phosphorylation sur sérine de HEF1, et avons montré que, comparativement à la protéine sauvage, la mutation sur la Sér-369 amplifie son effet pro-migratoire ainsi que la phosphorylation de FAK régulée par HEF1 consécutivement à une stabilisation de la protéine. Nous avons également caractérisé, pour la première fois, une mutation fonctionnelle de HEF1 sur l’Arg-367 qui mime l'effet de la mutation sur la Sér-369. Enfin, nous avons identifié des protéines adaptatrices de la famille BCAR3 comme partenaires de HEF1 et démontré que l’effet pro-migratoire de HEF1 est requiert son interaction avec BCAR3. En conclusion, ce travail nous a permis d’identifier une mutation de HEF1 (R367Q) qui stabilise la protéine, accroissant ainsi son effet pro-migratoire. Nous avons également associé la migration induite par HEF1 à son interaction avec BCAR3 et à une augmentation de la phosphorylation sur tyrosine de FAK. / Human Enhancer of Filamentation 1 (HEF1) is a member of the p130Cas family of docking proteins. HEF1 is present at focal adhesions and is involved in integrin-mediated cytoskeleton reorganization associated with cell migration. Elevated expression of HEF1 promotes invasion and metastasis in multiple cancer cell types. To date, little is known on the role of HEF1 in CRC tumor progression. HEF1 is phosphorylated on several Ser/Thr residues but the effects of these post-translational modifications on the functions of HEF1 are poorly understood. In this manuscript, we investigated the role of HEF1 in colorectal adeno-carcinoma migration capacities. First, we found that HEF1 expression was augmented in high stages CRC samples and then showed that overexpression of HEF1 in colo-carcinoma cell line HCT116 increases cell migration. Moreover, in these cells, HEF1 increases Src-mediated phosphorylation of FAK. We then showed that HEF1 mutation on Ser-369 enhances HEF1-induced migration and FAK phosphorylation as a result of protein stabilization. We also, for the first time characterized a functional mutation of HEF1 on Arg-367 which mimics the effect of Ser-369 to Ala mutation. Finally through mass spectrometry experiments, we identified BCAR3 as an essential interactor and mediator of HEF1-induced migration. We demonstrated that single amino acid mutations that prevent formation of the HEF1-BCAR3 complex impair HEF1-mediated migration. Therefore, amino-acid substitutions that prevent Ser-369 phosphorylation stabilize HEF1 which increases the migration of CRC cells and this requires the interaction of HEF1 with the NSP family adaptor protein BCAR3. Collectively, these data reveal the importance of HEF1 expression level in cancer cell motility and then support the utilization of HEF1 as a biomarker of tumor progression.

Hung Shieh-Jung Fanny. / Thesis submitted in: August 2002. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2004. / Includes bibliographical references (leaves 97-109). / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgements --- p.i / Abstract --- p.ii / 摘要 --- p.iv / Content --- p.vi / List of Abbreviations --- p.xiii / List of Figure --- p.xv / List of Tables --- p.xix / Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- Alzheimer's Disease (AD) --- p.1 / Chapter 1.1.1 --- Clinical features --- p.2 / Chapter 1.2 --- Histopathological studies of AD --- p.2 / Chapter 1.2.1 --- Neuritic plaques --- p.2 / Chapter 1.2.2 --- Neurofibrillary tangles (NFT) --- p.4 / Chapter 1.2.3 --- Tau --- p.5 / Chapter 1.3 --- Kinases and Alzheimer's Disease --- p.7 / Chapter 1.4 --- Free radical damage --- p.8 / Chapter 1.5 --- Available treatment for AD --- p.7 / Chapter 1.6 --- A Chinese medicinal material 一 Danshen （（Salviae miltiorrhizcie) --- p.11 / Chapter 1.6.1 --- Chemical constituents --- p.11 / Chapter 1.6.1.1 --- Lipophilic Compounds of Danshen --- p.12 / Chapter 1.6.1.2 --- Water-soluble Compounds of Danshen --- p.17 / Chapter 1.6.2 --- Pharmacological usage --- p.20 / Chapter 1.6.2.1 --- Action on Coronary system --- p.20 / Chapter 1.6.2.2 --- Bacteriostatic action --- p.21 / Chapter 1.6.2.3 --- Actions on the immune system --- p.21 / Chapter 1.6.3 --- Biological activity on brain --- p.22 / Chapter 1.7 --- Objectives and scope of the project --- p.23 / Chapter Chapter 2 --- General Materials and Method --- p.24 / Chapter 2.1 --- Recombinant DNA techniques --- p.24 / Chapter 2.1.1 --- Preparation of E. coli strain DH-5a competent cells --- p.24 / Chapter 2.1.2 --- Transformation of plasmid DNA into competent cells --- p.25 / Chapter 2.1.3 --- Preparation of plasmid DNA using QIAGEN Plasmid Maxipreps kit --- p.25 / Chapter 2.1.4 --- Phenol/ choroform extraction of DNA --- p.26 / Chapter 2.1.5 --- Spectrophotometric quantitation of the amount and purity of DNA --- p.27 / Chapter 2.2 --- Drugs preparation --- p.27 / Chapter 2.2.1 --- Preparation of aqueous extracts of Traditional Chinese Medicine (TCM) --- p.27 / Chapter 2.2.2 --- Preparation of ethanol extracts of Traditional Chinese Medicine (TCM) --- p.27 / Chapter 2.3 --- "3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyl-tetrazolium (MTT) assay " --- p.28 / Chapter 2.4 --- Analysis of proteins from culture cells --- p.28 / Chapter 2.4.1 --- Extraction of total proteins from culture cells --- p.28 / Chapter 2.4.2 --- Quantitation of protein by Bradford method --- p.29 / Chapter 2.4.3 --- Protein separation by sodium dodecylsulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) --- p.29 / Chapter 2.4.4 --- Western blot analysis --- p.31 / Chapter 2.5 --- Reagents and buffers --- p.32 / Chapter 2.5.1 --- Reagents for competent cell preparation --- p.32 / Chapter 2.5.2 --- Reagents provided by QIAGEN Plasmid Maxipreps kit --- p.33 / Chapter 2.5.3 --- Reagents for SDS-PAGE --- p.34 / Chapter 2.5.4 --- Reagents and buffers for Western Blotting --- p.35 / Chapter 2.5.5 --- Cell lines --- p.36 / Chapter 2.5.6 --- Antibodies --- p.37 / Chapter 2.5.7 --- Plasmids --- p.37 / Chapter 2.5.8 --- Other Chemicals --- p.38 / Chapter Chapter 3 --- The effect of Danshen on GSK-3 induced hyperposphorylation of tau in Cos7 cells / Chapter 3.1 --- Introduction --- p.39 / Chapter 3.1.1 --- Glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) --- p.39 / Chapter 3.1.2 --- Structure of GSK-3 --- p.39 / Chapter 3.1.3 --- The importance of GSK-3 in AD --- p.39 / Chapter 3.2 --- Materials and Methods --- p.41 / Chapter 3.2.1 --- Transfection of Gsk-3 and tau into Cos7 monkey kidney cells --- p.43 / Chapter 3.2.2 --- Extraction of total proteins from culture cells --- p.44 / Chapter 3.2.3 --- Quantitation of protein by Bradford method --- p.44 / Chapter 3.2.4 --- Protein separation by sodium dodecylsulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) --- p.44 / Chapter 3.2.5 --- Western blot analysis --- p.44 / Chapter 3.3 --- Results --- p.45 / Chapter 3.3.1 --- Toxicity test on Cos7 cells --- p.45 / Chapter 3.3.2 --- The effect of ethanol extract of Danshen on GSK-3 β induced tau phosphorylation --- p.45 / Chapter 3.3.3 --- The effect of aqueous extract of Danshen on GSK-3 β induced tau phosphorylation --- p.48 / Chapter 3.3.4 --- The effect of Protocatechualdehyde on GSK-3β induced tau phosphorylation --- p.48 / Chapter 3.3.5 --- The effect of Salvianolic acid B on GSK-3β induced tau phosphorylation --- p.49 / Chapter 3.4 --- Discussion --- p.60 / Chapter Chapter 4 --- Cdk5 induced hyperposphorylation of tau in CHO cells / Chapter 4.1 --- Introduction --- p.63 / Chapter 4.1.1 --- Cyclin dependent kinase 5 (Cdk5) --- p.63 / Chapter 4.1.2 --- Structure of Cdk5 --- p.63 / Chapter 4.1.3 --- Neurological functions of Cdk5 --- p.64 / Chapter 4.2 --- Materials and Methods --- p.66 / Chapter 4.2.1 --- Transfection of p35 and tau into CHO cells --- p.66 / Chapter 4.2.2 --- Extraction of total proteins from culture cells --- p.67 / Chapter 4.2.3 --- Quantitation of protein by Bradford method --- p.67 / Chapter 4.2.4 --- Protein separation by sodium dodecylsulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) --- p.67 / Chapter 4.2.5 --- Western blot analysis --- p.67 / Chapter 4.3 --- Results --- p.68 / Chapter 4.3.1 --- Toxicity test on CHO cells --- p.68 / Chapter 4.3.2 --- Tau transfection in Cdk5/p35 and TauON3R transiently transfected in CHO cells --- p.68 / Chapter 4.3.3 --- Effect of roscovitine treatment on the transiently tau and p35 transfection in CHO cells --- p.74 / Chapter 4.3.4 --- "Effects of aqueous active components of Danshen, PCAH and SAB on the transiently tau and p35 transfection in CHO cells " --- p.74 / Chapter 4.4 --- Discussion --- p.79 / Chapter Chapter 5 --- Antioxidant effect of Danshen and its active components on lipid peroxidation / Chapter 5.1 --- Introduction --- p.81 / Chapter 5.1.1 --- Red-blood-cell hemolysis model --- p.82 / Chapter 5.2 --- Materials and methods --- p.84 / Chapter 5.2.1 --- Red-blood-cell hemolysis model --- p.84 / Chapter 5.2.2 --- Materials --- p.85 / Chapter 5.2.2.1 --- Animals --- p.85 / Chapter 5.2.2.2 --- Chemicals --- p.85 / Chapter 5.3 --- Results --- p.86 / Chapter 5.3.1 --- Aqueous and ethanol extracts of Danshen --- p.86 / Chapter 5.3.2 --- Active components ´ؤ Protocatechualdehyde and Salvianolic acid B --- p.87 / Chapter 5.4 --- Discussion --- p.91 / Chapter Chapter 6 --- General discussion and Outlook / Chapter 6.1 --- General discussion --- p.93 / Chapter 6.2 --- Proposed study in the future --- p.95 / Chapter 6.2.1 --- In vitro kinase assay using gamma32 P ATP and substrate with or without TCM --- p.95 / Chapter 6.2.2 --- Use of neuroblastoma cells (SHSY-5Y) to study the effect of Danshen and its active components on tau phosphorylation --- p.95 / Chapter 6.2.3 --- Thiobarbituric acid-reacting substances (TBARS) assay --- p.96 / Chapter 6.2.4 --- In vitro phosphatase kinase assay --- p.96

E4F1 est un facteur de transcription liant l'ADN, exprimé de façon ubiquitaire par tous les tissus, et qui possède une activité E3 ubiquitine ligase atypique dirigée contre le suppresseur de tumeur p53. La protéine E4F1 interagit directement avec plusieurs suppresseurs de tumeurs cellulaires et des oncogènes viraux (p53, pRb, DRAL, RASSF1A, p19ARF, BMI1, HBX et GAM1...), suggérant qu’elle est elle-même impliquée dans la tumorigenèse. La perte d’E4F1 dans des fibroblastes embryonnaires (Mefs) transformés ou dans des cellules de sarcomes histiocytaires déficientes pour la voie p53, entraine la mort de ces cellules. La même inactivation d'E4F1 dans les cellules normales n'affecte pas leur survie mais entraine un arrêt de prolifération. Des analyses transcriptomiques et de liaison à l'ADN à l'échelle du génome entier (ChIP-seq et analyses différentielles des transcriptomes de cellules E4F1 WT et KO) nous ont permis d’identifier une centaine de gènes liés et régulés directement par E4F1. Ces gènes codent notamment pour des protéines mitochondriales impliquées dans le métabolisme et l'homéostasie de cette organelle, dont plusieurs composants et régulateurs de l'enzyme multimérique, pyruvate déshydrogénase. Un second groupe de gênes cibles d’E4F1 est impliqué dans la réponse aux dommages à l'ADN, dont le gène codant pour la kinase CHK1 qui joue un rôle essentiel dans le contrôle de la stabilité du génome. En accord avec la fonction de ces gènes cibles, la perte d’E4F1 entraine des perturbations du métabolisme cellulaire et des checkpoints de réponse aux stress génotoxiques. Dans les cellules déficientes pour la voie p53, ces perturbations conduisent à des stress oxydatifs (surproduction de ROS mitochondriaux) et énergétiques, suivis de dommages aux protéines et à l'ADN, et in fine, à une mort cellulaire massive. Dans les cellules compétentes pour la voie p53 ces altérations sont fortement atténuées et conduisent à un arrêt de la prolifération. Une partie des effets protecteurs de p53 est due à sa capacité à stimuler l'expression du gène ALDH4a1 qui code pour une aldehyde dehydrogenase impliquée dans le catabolisme de la proline et dont l'activité possède des propriétés anti-oxydantes.Mes travaux mettent également en évidence que le niveau d'expression de la protéine E4F1 et son activité augmentent lors de la transformation cellulaire ainsi qu'en réponse à des stress énergétiques, génotoxiques ou oxydatifs. Dans ces trois dernières conditions, la phosphorylation d'E4F1 est également augmentée au niveau de plusieurs sérines qui ont été identifiées par spectrométrie de masse. En résumé, tous ces éléments indiquent qu'E4F1 est un acteur important du contrôle de l'homéostasie métabolique et de la réponse aux stress, particulièrement essentiel pour la survie des cellules cancéreuses déficientes pour la voie p53. Mes observations suggèrent également qu'E4F1 est activé en réponse à différents stress et qu'il pourrait jouer un rôle essentiel dans la capacité des cellules cancéreuses à s'adapter aux multiples stress environnementaux auxquels elles sont exposées au cours de la tumorigenèse. / The ubiquitously expressed E4F1 protein acts as a transcription factor that binds a consensus DNA sequence at promoters, and as an atypical E3-ligase for the tumor suppressor p53. E4F1 physically interacts with several bona fide cellular tumor suppressors and viral oncoproteins (including p53, pRb, DRAL, RASSF1A, p19ARF, BMI1, HBX and GAM1...), suggesting that it might itself be involved in tumorigenesis. E4F1 genetic inactivation in transformed mouse embryo fibroblasts (Mefs) and in hematopoietic tumors deficient for the p53 pathway, results in massive cell death. Importantly, inactivation of E4F1 in normal cells does not affect cell survival. Genome wide approaches (ChIP-seq profiling and comparative transcriptomics performed on E4F1 WT and KO cells) identified a limited list (100) of genes that are bound and directly regulated by E4F1. Several E4F1 target genes code for mitochondrial proteins involved in mitochondria metabolism and homeostasis, including several components of the pyruvate dehydrogenase complex. Another set of E4F1 target genes codes for factors involved in DNA repair and damage checkpoints, including the checkpoint kinase CHK1. Accordingly, both mitochondrial and checkpoint functions are altered in E4F1 KO cells. In proliferating cells deficient for the p53 pathway, these defects lead to energetic and oxidative stresses, protein and DNA damages, and in fine, massive cell death. In p53-proficient cells, these alterations are attenuated and lead to growth arrest. Part of this protective effect of p53 is mediated by ALDH4a1, a p53 target gene encoding an aldehyde dehydrogenase involved in proline catabolism and that exhibits antioxidant properties.In this thesis, I also demonstrate that E4F1 protein level and activity is increased during cell transformation and upon exposure to genotoxic, energetic or oxidative stresses. These stresses also lead to E4F1 phosphorylation at specific serine residues that were identified by mass spectrometry. All together this work shows that E4F1 controls cellular functions that are important for mammalian cells metabolic homeostasis and stress responses, and that are essential for the survival of p53-deficient cancer cells. This work also suggests that E4F1 is activated in response to various stresses and therefore, that it could play an essential role in allowing cancer cells to adapt to environmental stresses.