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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La protéine kinase TOR (Target Of Rapamycin) a été identifiée chez la levure et les mammifères comme participant à deux complexes protéiques qui servent de carrefour entre la perception des facteurs endogènes et exogènes et la stimulation de la croissance cellulaire. Depuis la découverte de la kinase AtTOR chez Arabidopsis thaliana, des études ont été menées afin de mieux caractériser son rôle chez les plantes et l'influence de son niveau d'expression sur la régulation du métabolisme et du développement.Au cours de ce travail, j'ai contribué à l'étude de cette kinase en étudiant l'influence de l'inactivation de TOR sur la composition du ribosome au niveau protéique et sur le niveau de phosphorylation de ces protéines, ainsi que sur l'organisation du méristème au niveau moléculaire et cytologique Au cours de cette étude, j'ai montré que certaines protéines constitutives du ribosome pourraient être des cibles de l'activité TOR au niveau de leur abondance et/ou de leur état de phosphorylation. Ainsi, l'inactivation de TOR entraine une diminution du niveau de phosphorylation des protéines RPS6 et pourrait influencer l'abondance des protéines acides constitutives du stalk ribosomal, une structure importante dans la régulation de la traduction. Les résultats obtenus suggèrent également que l'activité TOR est nécessaire au maintien du méristème à l'état fonctionnel en régulant les voies importantes contrôlant la division et la différentiation au sein de cette structure.

La protéine kinase TOR (Target Of Rapamycin) a été identifiée chez la levure et les mammifères comme participant à deux complexes protéiques qui servent de carrefour entre la perception des facteurs endogènes et exogènes et la stimulation de la croissance cellulaire. Depuis la découverte de la kinase AtTOR chez Arabidopsis thaliana, des études ont été menées afin de mieux caractériser son rôle chez les plantes et l’influence de son niveau d’expression sur la régulation du métabolisme et du développement.Au cours de ce travail, j’ai contribué à l’étude de cette kinase en étudiant l’influence de l’inactivation de TOR sur la composition du ribosome au niveau protéique et sur le niveau de phosphorylation de ces protéines, ainsi que sur l’organisation du méristème au niveau moléculaire et cytologique Au cours de cette étude, j’ai montré que certaines protéines constitutives du ribosome pourraient être des cibles de l’activité TOR au niveau de leur abondance et/ou de leur état de phosphorylation. Ainsi, l’inactivation de TOR entraine une diminution du niveau de phosphorylation des protéines RPS6 et pourrait influencer l’abondance des protéines acides constitutives du stalk ribosomal, une structure importante dans la régulation de la traduction. Les résultats obtenus suggèrent également que l’activité TOR est nécessaire au maintien du méristème à l’état fonctionnel en régulant les voies importantes contrôlant la division et la différentiation au sein de cette structure. / The TOR (Target Of Rapamycin) kinase has first been identified in yeast and mammals as being part of two different protein complexes that are implicated in the stimulation of cell growth in response to endogenous and exogenous stimuli. Since the discovery of this kinase in Arabidopsis, some studies have been led to characterize its role in plants and the influence of its expression level on the metabolism and development regulation.In this study, I worked on the influence of the TOR inactivation on the composition of the ribosome on its protein composition and on the phosphorylation status of these proteins and also on the organisation of the meristem at a molecular and cellular level.Regarding to the results I have obtained, I showed that TOR may regulate the abundance and/or the phosphorylation status of some proteins involved in the ribosome composition. Hence, TOR inactivation leads to a decrease of the phosphorylation level of RPS6 proteins and could regulate the abundance of acid proteins constitutive of the ribosomal stalk, a structure important for the translation regulation. The results obtained also suggest that TOR activity may be necessary to keep the meristem functional by the regulation of the main important pathways controlling division and differentiation in that structure.

La phosphorylation oxydative est un processus majeur du métabolisme énergétique qui est catalysée par les enzymes de la chaîne respiratoire (OXPHOS), localisées dans la membrane interne des mitochondries. Sa dérégulation est souvent associée à des pathologies, par exemple aux maladies mitochondriales et neurodégénératives. La régulation de la phosphorylation oxydative par la phosphorylation reste encore peu comprise et peu étudiée. Pourtant, la phosphorylation est une des modifications post-traductionnelles les plus répandues dans la cellule, régulant de nombreux aspects de la vie cellulaire et dont l’altération est associée à des pathologies au niveau cellulaire (Alzheimer, Parkinson, cancer). Concernant la phosphorylation oxydative, il est à noter que quelques sites de phosphorylation des complexes respiratoires, en particulier du complexe IV, ont été montrés comme ayant un effet sur leur stabilité et/ou leur activité. Toutefois la connaissance du phosphoprotéome mitochondrial n’est pas suffisamment documentée à ce jour pour identifier les différents rôles que pourraient jouer la phosphorylation au niveau de la mitochondrie et en particulier, de la chaîne respiratoire. Dans la première partie de la thèse, nous nous sommes intéressés à l’analyse du phosphoprotéome mitochondrial de Saccharomyces cerevisiae dans trois conditions de culture : respiratoire (YLAC), respiro-fermentaire (YPGalA) et fermentaire (YPGA). Nous avons quantifiés près de 300 sites de phosphorylation dans la mitochondrie, dont 90 ont un niveau de phosphorylation variable selon le substrat. Les données que nous avons obtenues constituent une base pour l’analyse de la phosphorylation mitochondriale et de la compréhension de son mécanisme. Les sites de phosphorylation de la voie métabolique énergie sont ceux présentant le plus de variation de leur niveau de phosphorylation. La localisation des résidus phosphorylés sur la structure des complexes respiratoires nous a permis d’émettre des hypothèses sur le rôle de ces résidus. Afin de normaliser la quantité des résidus phosphorylés dans les trois conditions de culture, nous avons aussi quantifié le protéome mitochondrial dans les trois conditions de culture. Ceci nous a permis d’argumenter en faveur d’un métabolisme respiro-fermentaire en YPGalA, question encore largement discutée à ce jour. Enfin, cette première étude quantitative du protéome et phosphoprotéome mitochondrial constitue une avancée dans l’étude de la régulation de la mitochondrie par la phosphorylation. Elle peut notamment apporter des informations applicables à l’étude du cancer : en effet, les cellules saines ont un métabolisme respiratoire tandis que les cellules tumorales, dérégulées, ont un métabolisme fermentaire. La seconde partie de la thèse concerne l’analyse du rôle de deux sous-unités du complexe IV de la chaîne respiratoire : les sous-unités Cox12p et Cox13p, encore peu étudiées à ce jour. De plus, deux sites de phosphorylation ont été identifiés sur la sous-unité Cox12p. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de ces sous-unités, notamment au niveau de l’assemblage et de l’activité du complexe IV, en analysant des mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle des deux sites de phosphorylation de Cox12p : Ser7 et ser82. Nous avons généré les mutants phosphomimétiques de ces deux résidus et étudié leurs effets sur la stabilité et/ou l’activité du complexe IV. Cette seconde étude nous a notamment permis d’identifier un rôle de Cox12p sur la stabilité du complexe et un rôle de Cox13p dans sa dimérisation. La phosphorylation de Cox12p au niveau de la Ser7 semble aussi déstabiliser le complexe IV. De plus, la phosphorylation de la Ser7 et de la Ser82 semblent influencer l’interaction du cytochrome c avec le complexe IV. Cette hypothèse reste à vérifier mais est pertinente du fait de la proximité de Cox12p avec Cox2p, qui porte le lieu de fixation du cytochrome c. / Mitochondria are the powerhouses of cells, providing energy in the form of adenosine triphosphate (ATP). The synthesis of ATP is achieved by oxidative phosphorylation (OXPHOS), a process catalyzed by the respiratory chain, which is located in the inner membrane of mitochondria. Deregulation of OXPHOS is often associated to diseases. Deregulation is particularly observed in mitochondrial diseases and neurodegenerative diseases, but regulation of respiration by phosphorylation is still poorly understood.However, phosphorylation is one of the most frequent post-translational modifications in the cell, modulating most processes, and defects at a cellular level are observed in some diseases (Alzheimer, Parkinson, cancer). Moreover, some phosphorylation sites have been identified in the respiratory complexes, particularly in the complex IV; some of them have an effect on the stability and/or activity of the complex, but we still lack a comprehensive study about mitochondrial phosphoproteome. Such analysis would be necessary to extend the role of phosphorylation in the regulation of mitochondrial functions in general, and in the regulation of the respiratory chain in particular.In the first part of this thesis, we focused on the analysis of the mitochondrial phosphoproteome of Saccharomyces cerevisiae. We studied the mitochondrial phosphoproteome in three growth conditions: in the respiratory condition (YLAC), in the fermentable condition (YPGA) and in an intermediate one (YPGalA). We quantified around 300 mitochondrial phosphorylation sites in which 90 displayed a different level of phosphorylation according to the substrate. This study is a first step towards understanding mitochondrial phosphorylation and its mechanism. Phosphorylation sites with varying levels of phosphorylation according to their conditions are mostly located on proteins involved in energy metabolism. We localized the phosphosites on the structure of the respiratory complexes when it was possible. This allowed us to make hypotheses on the role of these residues. In order to normalize the quantity of phosphorylation sites in the three growth conditions, we also studied the mitochondrial proteome in the three conditions. These results helped us to understand the energetic metabolism of galactose, which is surely intermediate between respiration and fementation, a question still debated nowadays.Finally this proteomic and phosphoproteomic study is a step forward in the comprehension of regulation of mitochondria by phosphorylation. These results can be used as a model to study cancer cells because they display a deregulation in the energetic metabolism: normal cells display respiratory metabolism whereas cancer cells exhibit fermentable metabolism.The second part of this thesis was the study of two subunits of complex IV of the respiratory chain: Cox12p and Cox13p, which had been poorly studied. Moreover, two phosphorylation sites had been identified in the subunit Cox12p. First we were interested in the role of these two proteins, thus we compared the mitochondria of mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13 with wild-type mitochondria. We particularly focused on the assembly and the activity of complex IV. Secondly, we analyzed the role of the two phosphosites of Cox12p: Ser7 and Ser82. We generated phosphomimetic mutants of these two residues and observed their effects on the stability and/or activity of complex IV.All of these results allowed us to identify a role of Cox12p in the stability of complex IV and a role of Cox13p in the dimerization of complex IV. Phosphorylation of Ser7 of Cox12p seemed to destabilize the complex. Moreover phosphorylation of both Ser7 and Ser82 of Cox12p seemed to modify the interaction between cytochrome c and complex IV; this hypothesis remains to be tested but is relevant according to the proximity between Cox12p and the subunit Cox2p, where the cytochrome c interacts.

L’acide rétinoïque (AR) agit via des récepteurs nucléaires (RAR) qui sont des facteurs de transcription inductibles par le ligand. Il active aussi des cascades de kinases qui ciblent les RAR et modulent leur activité transcriptionnelle. Cependant, l’ensemble des protéines phosphorylées en réponse à l’AR de même que les conséquences des dérégulations du « kinome » sur les effets l’AR et le fonctionnement des RAR demeurent mal connus. J’ai comparé les effets de l’AR sur le phosphoprotéome de deux lignées de cellules de cancer du sein : MCF7, qui est sensible à l’AR, et BT474, qui surexprime le récepteur a activité tyrosine kinase erbB-2 et est résistante à l’AR. De nombreuses différences ont été observées avec des répercussions sur l’expression des gènes de même que sur la phosphorylation, le recrutement aux promoteurs des gènes cibles et la dégradation de RAR alpha par le protéasome. J’ai aussi montré que la dégradation de RAR alpha met en jeu TRIM24 qui contrôle sa déubiquitination. / Retinoic acid (RA) acts by binding to specific nuclear receptors (RARs), which are ligand-dependant transcription factors. RA also has non-genomic effects and activates kinase cascades that target RARs and modulate their transcriptional activity. However, the proteins that are phosphorylated in response to RA remain to be identified. The consequences of dysregulations of the "kinome" on the non-genomic effects of RA and on RAR function also require further investigation. I compared the effect of RA on the phosphoproteome of two breast cancer cell lines: MCF7, which is RA-sensitive, and BT474, a RA-resistant cell line that overexpresses the receptor tyrosine kinase erbB-2. Multiple differences were observed with consequences on gene expression as well as on phosphorylation, recruitment on target genes promoters and RARalpha degradation by the proteasome. In the context or RARalpha degradation, I showed the involvement of TRIM24 which controls RARα deubiquitination.

La mycotoxine déoxynivalénol (DON) et son métabolite déépoxy-déoxynivalenol (DOM-1) ont des effets significatifs sur la modification de la fonction des cellules thècales de l’ovaire bovin. L'objectif de cette étude était d'identifier les différentes voies de signalisation impliquées dans le mécanisme d'action de DON et DOM-1 par la spectrométrie de masse. Méthodes: Les cellules thécales de l'ovaire bovin ont été récoltées à partir des vaches adultes, indépendamment du stade du cycle œstral, et ont été cultivées à une densité de 500000 cellules viables dans 1 ml de milieu de McCoy pendant 5 jours. Les cellules ont ensuite été traitées au jour 5 de la culture avec 1 ng/ml de DON ou DOM-1 pendant 30 minutes et des échantillons cellulaires de protéins totales ont été préparés pour spectrométrie de masse. Résultats: la spectrométrie de masse a montré que DON et DOM-1 induisent une surexpression simultanée de ERK1/2, MAPK14 (p38alpha) et MAPK13 (p38delta). La spectrométrie de masse a également indiqué que 94 peptides ont été surexprimés tels que GNGT1, EDN1 et YWHAB. Ils régulent la plupart des voies de prolifération des cellules et sont impliqués dans la biosynthèse des lipides et des glucides. Néanmoins, 255 peptides ont été régulés à la baisse, tels que CALR3, PTGES3, RAD21, ACVR2B et TGFBR1 dont leurs activités sont principalement l'activation ou la désactivation des processus apoptotiques, et le métabolisme du glucose et de la choline. Nos résultats montrent que DON et DOM-1, à une dose de 1 ng/ml, ont le potentiel de stimuler la surexpression de MAPK distinctes et réguler négativement les voies de signalisation spécifiques qui stimulent la prolifération les cellules de la thèque de l’ovaire de bovin. / The mycotoxin deoxynivalenol (DON) and its metabolite deepoxy-DOM-1 have significant effects on bovine ovarian theca cell function. The objective of this study was to identify different signaling pathways involved in the mechanism of action of DON and DOM-1 by mass spectrometry. Methods: bovine ovarian theca cells were harvested from adult cows independently of the stage of the estrous cycle, and were cultured at a density of 500000 viable cells in 1 ml McCoy’s medium for 5 days. The cells were then treated on day 5 of culture with 1 ng/mL DON or DOM-1 for 30 minutes and total cell protein was collected for mass spectrometry. Results from mass spectrometry showed that both DON and DOM-1 induce simultaneous upregulation of ERK1/2 , MAPK14 (p38alpha) and MAPK13 (p38delta). Mass spectrometry also indicated that 94 peptides such as GNGT1, EDN1 and YWHAB were upregulated. They mostly regulate cell proliferation pathways and are involved in biosynthesis of lipid and carbohydrates. Nevertheless, 255 peptides such as CALR3, PTGES3, RAD21, ACVR2B and TGFBR1 were downregulated whose activities are mainly activation or deactivation of apoptotic processes, and glucose and choline metabolism. Our findings show that both DON and DOM-1 at least at a low dose (1 ng/ml) have the potential to stimulate upregulation of distinct MAPKs and downregulate specific signaling pathways that stimulate bovine ovarian theca cell proliferation.