En 1907, Aloïs Alzheimer publiait, pour la première fois, la description des deux lésions histologiques caractéristiques observées dans le cerveau d'une patiente âgée de 56 ans et atteinte d'une démence présénile qui, par la suite, sera dénommée Maladie d'Alzheimer (MA). Ces deux lésions correspondant à l'accumulation de matériel protéique présentent des caractéristiques différentes de par leur contenu protéique et leur localisation. Ainsi, on distinguera, d'une part, les dépôts amyloïdes, caractérisés par l'accumulation, dans le milieu extracellulaire, d'un peptide appelé peptide amyloïde- . D'autre part, on observera une lésion intra-neuronale appelée dégénérescence neurofibrillaire (DNF) qui correspond à l'accumulation de protéines Tau qui sont retrouvées hyperphosphorylées, anormalement phosphorylées et agrégées sous la forme de structures fibrillaires hélicoïdales singulières appelées PHFs pour " Paired Helical Filaments ". Notre laboratoire s'intéresse tout particulièrement à cette lésion qui est au cœur du processus dégénératif de la MA et d'un ensemble de pathologies démentielles appelées " Tauopathies ". Cependant, si la dérégulation de phosphorylation de Tau semble être au cœur du processus dégénératif de ces pathologies, le rôle exact de celle-ci et les mécanismes mis en jeu restent encore mal connus. Ce travail, se place ainsi dans le cadre général de la recherche des mécanismes moléculaires impliqués dans la mort neuronale liée à Tau et de l'étude de la signification et du rôle de la dérégulation de la phosphorylation de Tau dans son agrégation et au cours de la mort neuronale. Afin de répondre à ces objectifs, nous avons entrepris l'étude de modèles permettant de moduler soit l'état de phosphorylation de Tau par le biais du complexe kinasique p25/Cdk5 soit de moduler le caractère agrégatif de Tau par l'utilisation de mutations pathologiques de Tau connues chez l'homme pour mener à son agrégation et à des syndrômes démentiels (Démences Fronto-Temporales avec syndrôme Parkinsonien liées au chromosome 17). De plus, notre travail a permis la caractérisation d'un modèle in vivo de DNF présentant l'ensemble des caractéristiques de la pathologie Tau observée au cours de la MA. Ce modèle, en raison de l'absence de troubles moteurs, a permis de réaliser des études comportementales, montrant l'existence de troubles de mémoire spatiale chez ces souris. En parallèle à ce modèle pertinent d'un point de vue physiopathologique, le développement et l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal basé sur la surexpression de protéines Tau mutées ont permis de montrer l'existence de modifications conformationnelles des protéines Tau mutées qui sont associées à un état particulier de phosphorylation. Cependant, dans ce contexte, il apparaît que les mutations, à elles seules ne semblent pas suffisantes pour mener à l'agrégation des protéines Tau sous la forme de PHFs. De plus, l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal présentant une phosphorylation anormale de Tau ne montre pas non plus l'existence de structures analogues aux PHFs. L'ensemble de ce travail suggère que la phosphorylation anormale ou les mutations de Tau ne sont pas suffisantes pour mener au phénotype pathologique caractéristique de la DNF qui semble nécessiter d'autres événements moléculaires. Nous émettons également l'hypothèse que des voies compensatoires impliquant des systèmes de déphosphorylation des protéines Tau et/ou des systèmes de dégradation protéique pourraient être mis en jeu dans nos modèles cellulaires et être ainsi responsables de l'absence de phénotype pathologique. La diminution d'activité de ces systèmes de compensation au cours du vieillissement chez l'homme et dans les modèles murins pourrait alors concourir à l'apparition de la DNF. Ainsi, l'étude de ces systèmes dans nos différents modèles constitue des perspectives prometteuses pour l'avancée dans la compréhension de l'étiopathologie de la MA et des Tauopathies.

Le facteur de transcription Microphthalmia (Mitf) et la voie de signalisation des " Mitotic Activated Protein Kinase " (MAPK) sont des éléments déterminants pour la différentiation, la prolifération et la survie des melanocytes. L'altération des fonctions de l'un ou l'autre se manifeste par une perte totale ou partielle de ce type cellulaire. A l'inverse, le mélanome est associé très majoritairement à une activation constitutive des MAPK, et parfois, à un gain d'activité de MITF. Afin d'étudier les interaction entre les MAPK et l'activité de MITF, nous nous sommes intéressés aux modifications post transcriptionnelles qui permettent la génération d'isoformes multiples dotées d'activité différentes. MITF contient un site de phosphorylation, la serine 73 (S73), qui a été démontré par le passé comme jouant un rôle à la fois dans l'augmentation de l'activité et dans la réduction de la stabilité de MITF in vitro. Pour comprendre le rôle de cette serine in vivo, une tentative de mutation S73A de Mitf a été réalisée. Ce codon fait parti d'un " Exon splicing Enhencer " et sa mutation réduit l'affinité de fixation de la protéine SRp40 et l'exclusion de l'exon 2B dans lequel est situé ce site de phosphorylation. Pour dissocier l'exclusion de l'exon 2B et de sa phosphorylation, nous avons donc altéré la jonction de l'exon 2A-2B afin qu'elle ne soit plus reconnue par le spliceosome. En conséquence, l'exon 2B ne peut plus être exclu des transcrits Mitf quelque soit le statut du codon 73. La comparaison de 3 nouveaux allèles Mitf S-S73A S-S73D et S-S73S, où l'inclusion de l'exon 2B est forcée, nous a permis d'associer l'absence de phosphorylation à un gain d'activité de MITF.

L'endothélium vasculaire est la première couche de cellules en contact avec le flux sanguin. Au cours de processus pathologiques, les cellules endothéliales subissent des remaniements notoires dus à la présence de nombreux facteurs. Dans ce cas, l'intégrité de l'endothélium, assurée principalement par les jonctions adhérentes endothéliales dont la V(ascular)E(ndothelial)-cadhérine est la protéine clé, est perturbée. La phospho-VE-cadhérine est une caractéristique des cellules endothéliales activées in vitro. Notre laboratoire a montré l'existence d'une forme phosphorylée de VE-cadhérine in vivo au cours de l'angiogenèse physiologique. Des tyrosines importantes ont été identifiées : la tyrosine 685, qui est la cible directe de la tyrosine kinase Src en réponse au VEGF ainsi que les tyrosines 658 et 731. De plus, la VE-cadhérine peut être sensible à la protéolyse. Dans ce travail, la phosphorylation de la VE-cadhérine a été étudiée dans un contexte pathologique d'inflammation et de cancer à l'aide de deux modèles murins de tumeurs hépatiques ou cérébrales. J'ai démontré l'existence in vivo d'une forme phosphorylée de VE-cadhérine sur le site Y658. L'analyse d'une tyrosine kinase particulière, Syk, par si RNA ainsi que par des expériences de phosphorylation in vitro suggèrent fortement l'implication de SYK dans cette phosphorylation. En parallèle, dans le cadre d'une étude sur plusieurs pathologies, nous avons mis en évidence la présence d'une forme circulante de VE-cadhérine. La VE-cadhérine, tant par sa phosphorylation que par sa présence dans les fluides biologiques, pourrait être une signature de l'endothélium activé (phosphorylation) et/ou agressé (protéolyse).

Helicobacter pylori est une bactérie qui infecte l'estomac de la moitié de la population mondiale et est impliquée dans la plupart des maladies gastriques, dont les ulcères et le cancer de l'estomac. La bactérie produit deux toxines, CagA et Tipα, qui sont associées avec le développement du cancer. CagA est injectée dans les cellules et interagit avec de nombreuses protéines des voies de signalisation cellulaire. Tipα est secrétée et internalisée dans les cellules gastriques où elle induit la production de cytokines pro-inflammatoires. Dans ce travail de thèse, nous avons tout d'abord étudié les interactions entre un domaine central de CagA et des protéines de H. pylori. Nous avons ensuite identifié de nouveaux fragments solubles de CagA par une méthodologie à ‘'haut-débit''. L'un d'eux, correspondant à l'extrémité C-terminale de la protéine de 33kDa, CagAC33, a été caractérisé par différentes techniques de biochimie et de biophysique. CagAC33 forme des dimères de dimères en solution et des particules en microscopie électronique. De plus, CagAC33 peut être phosphorylé in vitro par les kinases c-Src et c-Abl mais l'efficacité de la phosphorylation dépend de la kinase utilisée. L'étude de l'interaction entre la phosphatase SHP-2 et CagAC33 montre que CagA est dephosphorylée in vitro. Par ailleurs, les structures de deux formes cristallines de Tipα ont été déterminées par cristallographie aux rayons X. La structure du monomère de Tipα adopte un nouveau repliement, et la protéine forme des dimères différents dans les deux formes cristallines. L'étude de la protéine en solution indique qu'un des dimères est sans doute favorisé et suggère que les ponts disulfures identifiés en N-terminal ont un rôle durant la sécrétion de la protéine.

<p>The reversible phosphorylation of proteins is central to regulating most aspects of cell function. Malfunction in this critical cellular process have been implicated to cause diseases such as diabetes, cancer, and Alzheimer’s. Recent advances in mass spectrometry have made it possible to study this important post translational modification on a proteome-wide scale. However, to be able to do so, enrichment of phosphorylated peptides is required. Pairwise comparison of individual steps in an enrichment procedure and simultaneous improvement of data analysis resulted in a protocol which allowed high confidence identification of 2,131 unique phosphorylated peptides from 1,026 proteins. Thereby not only establishing a working protocol for phosphopeptide enrichment in the Griffin Lab, but also generating the largest list of proteins phosphorylated under normal conditions in yeast to date.</p>

<p>The proline-rich tyrosine kinase (Pyk2) together with focal adhesion kinase (FAK) define a family of non-receptor protein tyrosine kinases that are regulated by diverse stimuli. Activation of Pyk2 has been implicated in multiple signaling events, including modulation of ion channels, activation of MAP kinase cascades and apoptotic cell death. This thesis investigates the role of Pyk2 in the regulation of mitogenic signals and cell cytoskeleton.</p><p>We identified a hematopoietic isoform of Pyk2 (designated Pyk2-H)that is generated by alternative RNA splicing and is mainly expressed in thymocytes, B cells and natural killer cells. In addition, we demonstrated that engagement of antigen receptors in lymphocytes leads to rapid tyrosine phosphorylation of Pyk2-H suggesting a potential role in host immune responses. These findings were corroborated by defects in B cell-mediated immune responses of Pyk2-/- mice. </p><p>Several reports have previously indicated that Pyk2 acts as an upstream regulator of ERK and JNK MAP kinase cascades in response to numerous extracellular signals. Which MAP kinase pathway is activated by Pyk2 depends on arrays of effector proteins associated with Pyk2. We proposed a model where the formation of Pyk2-Src complexes results in phosphorylation of Shc, p130Cas and Pyk2. This creates binding sites for the SH2 domains of adaptor proteins Grb2 and Crk, which in turn recruit exchange factors for Ras and Rho GTPases that specifically activate ERK or JNK.</p><p>Integration of signaling pathways initiated by receptor tyrosine kinases and integrins is essential for growth factor-mediated biological responses. We described neuronal cellular models where activation of both growth factor receptors and integrins is required for neurite outgrowth. In these cells, Pyk2 and FAK associate with integrin-linked complexes containing EGF receptors via their C- and N-terminal domains. Inhibition of Pyk2/FAK functions was sufficient to block neurite outgrowth and effectors of the C-terminal domain of Pyk2/FAK, including paxillin, were shown to regulate neurite outgrowth independently of ERK/MAP kinase in these cells. We thus proposed that Pyk2 and FAK play important roles in signal integration proximal to the integrin-growth factor receptor complexes.</p>

<p>Poly(A) polymerase (PAP) is the enzyme catalyzing the synthesis of the adenine tail to the 3’-end of mRNA. This A-tail is present on the majority of the primary RNA transcripts of protein-coding genes, and is important for mRNA stability, export to the cytoplasm and translation. Therefore, PAP is a key regulator of eukaryotic gene expression. This thesis describes the heterogeneity of PAP and the functional significance of multiple isoforms of PAP. </p><p>PAP exists in many different isoforms generated by three different mechanisms, gene duplication, alternative mRNA processing and post-translational modification. In HeLa cell extracts three different forms of PAP being 90, 100 and 106 kDa in size have been detected, where the 106 kDa isoform is a phosphorylated version of the 100 kDa species. It is shown that the N-terminal region of PAP contains a region required for catalysis, while the C-terminal end is important for the interaction with the cleavage and polyadenylation specificity factor (CPSF). Interestingly, it was found that also the extreme N-terminal end is important for the interaction with CPSF. This region is post-translationally modified by phosphorylation. Five alternatively spliced forms of PAP mRNAs are encoded by the PAPOLA gene while one unique species is encoded by the PAPOLG gene. The analysis showed that the exact structure of the alternatively spliced C-terminal end of PAP played an important role for catalytic efficiency. Thus, the C-terminal end contains a region important for modulating the catalytic efficiency of PAP.</p><p>Aminoglycoside antibiotics inhibit PAP activity, most likely by displacement of catalytically important divalent metal ions. Data shows that different aminoglycosides inhibit PAP activity by different mechanisms suggesting that the binding sites for the different aminoglycosides do not completely overlap. It is concluded that aminoglycosides interfere with enzymes important for housekeeping functions in mammalian cell, which may explain some of the toxic side effects caused by aminoglycoside antibiotics in clinical practice.</p>

<p>Although it has been estimated that protein histidine phosphorylation account for about 6 % of the protein phosphorylation in eukaryotic cells; the knowledge of histidine phosphorylation and dephosphorylation is still limited. Lately, studies have appeared of a mammalian 14-kDa phospho- histidine phosphatase, also named protein histidine phosphatase and molecular cloning have provided some information of its physiological role. The object of the present study was to detect the protein expression of protein histidine phosphatase, PHPT1, in mouse tissue, by using immunohistochemistry. Tissue samples from a 4-week-old mouse (heart, liver, kidney, lung, muscle, and spleen), 5-month-old mouse (testis and intestinal), 8-month-old mouse (uterus) and an embryo from 14.5 days old mouse were obtained and processed for light microscopic examination. An absorption test was also made to confirm the specificity of the antibody. The results reveal that PHPT1 is mainly expressed in epithelium, heart- and skeletal muscle. These results provide new evidences for the understanding of the function of eukaryotic histidine phosphorylation and dephosphorylation.</p><p>KEYWORDS</p><p>Phosphohistidine, dephosphorylation, protein histidine phosphatase, phosphohistidine phosphatase, protein phosphorylation</p>

Mitochondrial respiratory chain deficiency and increased oxidative stress have been closely associated with major age-associated neurodegenerative diseases. I hypothesized that mitochondrial oxidative phosphorylation defects or elevated oxidative stress, which could arise in a stochastic manner during our normal aging process, might modulate the formation of protein aggregates or production of misfolded proteins, contributing to the initiation of these diseases. To test this hypothesis, we (i) have developed and characterized mouse and cellular models of Alzheimer's and Huntington's diseases expressing aggregate-prone pathogenic proteins, beta-amyloid and mutant huntingtin (Chapters 1 and 2), (ii) have developed mouse models that exhibit neuron-specific defects in mitochondrial oxidative phosphorylation (Chapters 2 and 3), and (iii) have evaluated the alterations in the amount of aggregate loads upon genetic and pharmacological manipulations of mitochondrial oxidative phosphorylation activities (Chapters 1 and 2). The evaluation of the impacts of mitochondrial defects on the amount of huntingtin aggregates has revealed that a defect in complex III promotes the accumulation of huntingtin aggregates via the impairment of proteasome activity (Chapter 1). On the other hand, ablation of complex IV activity in a subset of postmitotic neurons revealed that complex IV deficiency does not promote either oxidative stress or the deposition of amyloid plaques in a mouse model of Alzheimer's disease, questioning the mitochondrial origin of Alzheimer's disease (Chapter 2). However, as shown previously, the tight correlation between oxidative stress and accumulation of amyloid plaques was found. Chapter 3 involved the generation of an improved mouse model, in which mitochondrial defects can be induced in a subset of forebrain neurons (cortex, hippocampus, and striatum) in a doxycycline-dependent manner. This system relies on the regulated expression of a mitochondria-targeted restriction enzyme, PstI, which digests mitochondrial DNA and thereby impairs the activity of oxidative phosphorylation. In conclusion, our studies highlighted the disease-specific complex pathways that may modulate the accumulation of misfolded proteins during aging. Future studies employing the newly-developed mouse model may reveal a contribution of age-associated global defects of oxidative phosphorylation to oxidative stress and neurodegenerative diseases.

Phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PDK1) plays an integral role in signaling cellular growth and proliferation, one that's dependent on its ability to autophosphorylate Ser-241 in its T-loop. This process appears to have a strict requirement for its C-terminal pleckstrin homology (PH) domain. Thus, the overall objective of this work was to determine the mechanism by which the PH domain induces an active kinase conformation in unphosphorylated PDK1, capable of Ser-241 autophosphorylation. First, computational modeling and protein cross linking studies were combined with site-directed mutagenesis and kinetic assays in order to provide initial assessment of how the PH domain scaffolds Ser-241 autophosphorylation. A significant number of contacts were identified between the enigmatic "N-bud" region of the PH domain and the kinase domain. Specifically, these studies implicated Glu-432 and Glu-453 of the N-bud region of the PH domain that bind and serve as mimics of the phosphorylated Ser-241 in the T-loop and the phosphorylated C-terminal tail of PDK1 substrates, respectively. Next, a novel method for protein trans-splicing of the regulatory and catalytic kinase domains of PDK1 was developed. The method utilizes the N- and C-terminal split inteins of the gene dnaE from Nostoc punctiforme [(N)NpuDnaE] and Synechocystis sp. strain PCC6803 [(C)SspDnaE], respectively. The cross-reacting KINASE(AEY)-(N)NpuDnaE-His6 and GST-His6-(C)SspDnaE-(CMN)PH fusion constructs generated full length spliced-PDK1 with kobs = (2.8 +- 0.3) x 10-5 s-1. Finally, NMR was used to further characterize the structural and dynamical properties of the PH domain in both its isolated form and in full length PDK1. Whereas, it was not possible to obtain chemical shift assignments of any backbone or side chain nuclear resonances, methods were optimized for 2H,13C,15N-isotopic labeling of the recombinant PH domain. Furthermore, the protein trans-splicing method was significantly improved and utilized for segmental isotopic labeling of the PH domain in full length PDK1. These new findings and developments may provide specific insight and technological improvements towards future studies aimed to better understand and target autoinhibited conformations of PDK1 for translational purposes.