L’obésité, liée à la résistance à l’insuline, au diabète de type 2 et aux maladies cardiovasculaires, est un problème de santé majeur de notre société. Nous avons démontré que la protéine tyrosine phosphatase Shp1, dont l’expression est significativement augmentée dans les tissus cibles de l’insuline chez les souris obèses, est un régulateur de l’homéostasie du glucose dans le foie et le muscle. Shp1 est impliqué dans la modulation de l’expression et de l’activité du récepteur nucléaire PPARγ dans le foie. Nos recherches ont porté sur la caractérisation de Shp1 dans les adipocytes, la signalisation de l’insuline et le transport du glucose soit en sous-exprimant ou en exprimant de façon constitutive Shp1 dans les cellules adipeuses 3T3-L1. L’état physiologique des cellules a été caractérisé par la mesure de la coloration Oil-Red-O, des triglycérides, de l’expression de PPARγ et de ses gènes cibles et de leurs protéines, de la réponse à l’insuline par le transport du glucose ainsi que l’expression et de la phosphorylation des protéines impliquées dans la signalisation de l’insuline. La diminution de l’expression de Shp1 a entraîné un délai lors du début de la différenciation mesurée par l’expression retardée de PPARγ et certains de ses gènes cibles, mais n’a pas beaucoup affecté le phénotype des cellules complètement différenciées. Bien que la réduction de Shp1 ait augmenté la phosphorylation d’Akt stimulée par l’insuline, le transport de glucose n’a pas été modifié dans ces cellules, et l’expression de glut4 a légèrement diminué. L’expression constitutive de Shp1 a entraîné une forte diminution des niveaux de PPARγ, inhibant totalement la différenciation, l’expression de glut4 et le transport du glucose. Nos données suggèrent que Shp1 joue un rôle important dans les adipocytes comme régulateur de l’adipogenèse par la modulation de l’expression et l’activité de PPARγ et par la régulation de la signalisation de l’insuline. / Obesity, which is causally linked to the development of insulin resistance, type 2 diabetes (T2D) and cardiovascular disease (CVD), is a major health issue in our society. We have demonstrated that the protein tyrosine phosphatase Shp1, whose expression is significantly increased in insulin target tissues of obese mice, is a regulator of glucose homeostasis in liver and muscle. Shp1 is implicated in the modulation of expression and activity of the nuclear receptor PPARγ in liver. Here, we describe the characterization of Shp1 in adipocytes by analyzing its role in adipocyte differentiation, insulin signaling and glucose transport by either knocking-down or constitutively expressing Shp1 in 3T3-L1 adipose cells. The physiological state of the cells was characterized by measuring Oil-Red-O staining, triglyceride content, expression of PPARγ and its target genes and their proteins, insulin response by glucose uptake and the expression and phosphorylation of proteins involved in insulin signaling. Knockdown of Shp1 led to a retardation in the onset of differentiation as measured by delayed expression of PPARγ and some of its target genes, but did not much affect the phenotype of fully differentiated cells. Although reducing Shp1 increased insulin-stimulated Akt-phosphorylation, glucose transport was not changed in these cells, and glut4 expression was slightly decreased. Constitutive expression of Shp1, resulted in a strong decrease of PPARγ levels thereby totally inhibiting differentiation, glut4 expression and glucose transport. Our data suggest that Shp1 plays an important role in adipocytes both by acting as a regulator of adipogenesis through modulation of the expression and activity of PPARγ and by regulating the insulin signaling pathway.

La protéine PARL (Presenilins-Associated Rhomboid-Like protein) est une nouvelle protéine présentant des similarités significatives avec la famille de régulateurs développementaux de Drosophila melanogaster Rhomboid, assurant la protéolyse intramembranaire régulée (RIP). La RIP est un processus par lequel certaines protéines transmembranaires sont clivées à l'intérieur de la membrane pour libérer un domaine cytoplasmique actif. Pour valider l'homologie fonctionnelle entre PARL et Rhomboid-1, nous avons conduit une analyse phylogénétique complète portant sur l'ensemble des membres de la super-famille Rhomboid. Cette étude révèle que cette famille est présente à tous les niveaux évolutifs et que tous ses membres, y compris PARL, sont des sérine-protéases catalysant la RIP. Nos études immunohistochimiques démontrent que le profil d'expression de PARL est régulé dynamiquement au cours du développement postnatal du cerveau de souris. D'autre part, PARL est sélectivement exprimée dans les cellules mitotiques et les neurones indifférenciés, mais pas dans les cellules gliales. De plus, chez l'adulte, l'expression de PARL est restreinte aux zones de neurogenèse active tout au long de la vie de l'animal. L'ensemble de ces résultats indique que l'expression de PARL commence durant la phase proliférative des précurseurs neuronaux, continue dans les étapes précoces de la différenciation neuronale et qu'elle est ensuite régulée négativement au cours de la différenciation. Nous proposons donc que l'activité de RIP-protéase de la protéine PARL joue un rôle essentiel dans l'engagement de la cellule vers la destinée neuronale et dans la neurogenèse.

La protéine multifonctionnelle p54nrb est impliquée dans le contrôle transcriptionnel couplée aux phénomènes de maturation des ARN messagers. La transcription et l'épissage sont inhibés en mitose et la phosphorylation de nombreux facteurs participe à ce phénomène. Dans le laboratoire, il a été montré que p54 est hyperphosphorylée en mitose et interagit de façon phosphodépendante avec le régulateur mitotique Pinl (enzyme qui isomérise un lien proline précédé d'un site phosphoryle Thréonine/Sérine). Le rôle de cette interaction est méconnu mais permet de dire que p54 est régulé par phosphorylation en entrée de mitose. La protéine p54 est diffuse dans le nucléoplasme et est également concentrée avec ses partenaires PSF et PSP1 dans les paraspeckles, des compartiments nucléaires à structure dépendante d'un ARN non codant NEAT1. Il a été récemment montré qu'une association entre l'ARN qui structure les paraspeckles et p54nrb permet de maintenir l'intégrité de ces compartiments. Étant donné l'implication de p54nrb dans de nombreux procédés majeurs, l'objectif de ma thèse a été de comprendre le rôle de la phosphorylation mitotique de p54nrb. La localisation, les interactions protéiques et les propriétés de liaison à l'ARN ont été étudiées. Ces expériences ont permis de conclure que p54nrb reste en complexe avec les protéines PSF et PSP1 mais perd son affinité de liaison à l'ARN en mitose via la phosphorylation d'un résidu en amino-terminal (T15). Par contre, la liaison aux homoribopolymères de Guanine (G) ainsi qu'avec l'ARN non codant NEAT1 (riche en G) ne sont pas compromises par la phosphorylation mitotique. Ces résultats ont permis d'établir de nouvelles propriétés fonctionnelles pour la protéine p54nrb. Par ailleurs, j'ai aussi voulu caractériser la phosphatase responsable de sa déphosphorylation en fin de mitose et les premiers résultats impliquent l'action de la phosphatase PPL De plus, le rôle de l'interaction entre Pinl et p54nrb a été étudié dans la possibilité que Pinl puisse être impliqué dans le processus de déphosphorylation de p54nrb. En conclusion, l'ensemble des travaux de cette thèse a permis de mieux caractériser les fonctions de la protéine multifonctionnelle p54nrb notamment dans le cadre de sa phosphorylation mitotique.

La voie de signalisation HH joue un rôle crucial dans le contrôle de la prolifération et la différenciation cellulaires. Le dérèglement de cette voie est responsable de nombreux cancers. J'ai ainsi mis en place les outils moléculaires nécessaires pour identifier des régions importantes dans les interactions protéines-protéines au sein du complexe intracellulaire de la voie qui vont permettre de mieux comprendre les mécanismes de régulation du facteur de transcription CI en fonction de l'état d'activation de la voie. Mes travaux ouvrent la voie à de nombreuses études structurales et fonctionnelles de ces protéines jusqu'ici peu étudiées.

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

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

La voie de signalisation HH joue un rôle crucial dans le contrôle de la prolifération et la différenciation cellulaires. Le dérèglement de cette voie est responsable de nombreux cancers. J’ai ainsi mis en place les outils moléculaires nécessaires pour identifier des régions importantes dans les interactions protéines-protéines au sein du complexe intracellulaire de la voie qui vont permettre de mieux comprendre les mécanismes de régulation du facteur de transcription CI en fonction de l’état d’activation de la voie. Mes travaux ouvrent la voie à de nombreuses études structurales et fonctionnelles de ces protéines jusqu'ici peu étudiées. / The Hedgehog (Hh) signaling pathway is a highly conserved regulator of growth and differentiation that is essential for both vertebrate and invertebrate development. In Drosophila, the HH pathway is regulated by a high molecular weight intracellular protein complex called the Hedgehog Transducing Complex (HTC), whose composition is controlled by the activation of the pathway. My thesis project is to characterise the HTC complex that regulates the fate of the HH transcription factor, CI. I am using structural studies, biochemistry and enzymology to better understand the protein-protein interactions and function that govern the Hedgehog pathway. My work provide a high resolution view of the HTC and help to understand how those proteins work and interact with each other.

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

Annuellement, la vie de millions de personnes est bouleversée suite à un diagnostic de cancer. Cette maladie est caractérisée par une prolifération cellulaire anormale au sein d'un tissu ou d'un organe au point de menacer la vie du patient. Une multitude de gènes sont connus pour leur implication dans le cancer. Toutefois les protéines régulatrices du cycle cellulaire, les cyclines, sont les principaux responsables du dérèglement cellulaire. Les cyclines D contrôlent l'entrée et la progression de la cellule en phase G1. La découverte d'un site commun d'intégration du rétrovirus murin Graffi en amont du gène de la cycline D2 (D2) a révélé l'existence d'un nouvel isoforme, la cycline D2 tronquée (D2Trc). La D2Trc se distingue par l'utilisation d'un site donneur d'épissage alternatif localisé dans le second intron. Il en résulte un exon 2 allongé et l'apparition d'un codon stop après le 156e acide aminé. Par rapport à la D2, 133 acides aminés sont manquants dont les 21 derniers de la boîte cycline. Les 20 acides aminés terminaux diffèrent de la D2. L'altération de la séquence génère une protéine cytosolique contrairement à la D2 qui est nucléaire. Il a été démontré que la D2Trc détient un pouvoir immortalisant supérieur à la D2. Cette étude vise à identifier les principaux partenaires d'interaction de la D2Trc chez la souris par co-immunoprécipitation. Des fibroblastes de souris (NIH/3T3) ont été transfectés par le vecteur pCMV contenant l'ADNc murin de la D2 ou la D2Trc en phase avec l'épitope Myc à l'extrémité N-terminale. La D2 et la D2Trc ont été co-immunoprécipitées à l'aide d'un anticorps dirigé contre l'épitope Myc associé à de billes de protéine G sépharose. Les complexes protéiques ont été dissociés de l'anticorps par compétition avec le peptide Myc. Les extraits ont été séparés sur un gel de polyacrylamide puis colorés au nitrate d'argent. Les interactions entre l'anticorps et la forme native de la D2 et la D2Trc ont été observées in situ par colocalisation. Les résultats indiquent que l'anticorps peut se lier à l'étiquette Myc des protéines tant dans la forme native que linéaire, toutefois cette liaison serait faible. Les lavages s'avèrent suffisants pour briser le lien entre la protéine et l'anticorps. L'étiquette serait difficilement accessible dû à une congestion engendrée par les partenaires d'interaction et/ou une nouvelle conformation causée par des interactions entre l'étiquette et la protéine. L'utilisation d'une méthode alternative telle que le double hybride chez la levure ou l'utilisation du vecteur TAP serait à envisager. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Colocalisation, Co-immunoprécipitation, Cycle cellulaire, Cycline D2, Cycline D2 tronquée, Interactions protéine-protéine.

Le développement d'une résistance à l'action de l'insuline est fréquemment observée au cours de l'obésité et est à l'origine du diabète de type 2. L'amélioration du signal insulinique au sein de la cellule adipeuse (i.e adipocyte) est une stratégie thérapeutique intéressante en vue d'améliorer la sensibilité à l'insuline systémique de patients pré-diabétiques et diabétiques. Dans cette optique, l'inhibition de la lipase hormono-sensible (LHS) adipocytaire (enzyme responsable de la libération d'acides gras par le tissu adipeux) protège de l'insulino-résistance. Les mécanismes impliqués dans l'amélioration de la sensibilité à l'insuline n'étaient cependant pas encore connus. Mon travail de thèse a donc été axé sur l'identification des mécanismes liant l'inhibition de la LHS et l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Dans des adipocytes humains, l'invalidation de la LHS augmente le transport du glucose, la voie de la lipogenèse de novo (synthèse d'acides gras à partir du glucose) et le signal insulinique. Parmi les enzymes lipogéniques, l'élongase des acides gras à longue chaîne ELOVL6 voit son expression très fortement induite in vitro et in vivo lors d'une déficience pour la LHS, conduisant à un enrichissement en oléate des phospholopides et des triglycérides. L'invalidation d'ELOVL6 dans des adipocytes humains a permis de démontrer le rôle clé de l'élongase dans la médiation des effets bénéfiques de l'invalidation de la LHS. In vivo, une déficience pour ELOVL6 conduit également à une détérioration du signal insulinique dans le tissu adipeux. Dans des études cliniques, l'expression d'ELOVL6 s'effondre au cours de l'insulino-résistance et est restaurée après une chirurgie bariatrique. L'enrichissement en oléate dans les phospholipides par ELOVL6 est responsable des effets protecteurs de l'inhibition de la LHS sur le signal insulinique. Des adipocytes surexprimant ELOVL6 présentent d'ailleurs une augmentation de la fluidité membranaire associée à une amélioration du signal insulinique. Dans le foie, ELOVL6 est une cible du facteur de transcription ChREBP. ChREBP adipocytaire, notamment l'isoforme ChREBPß, a récemment été mis en évidence pour son rôle déterminant sur la sensibilité à l'insuline systémique. Chez l'Homme, nous avons observé in vitro et in vivo d'étroites corrélations positives entre les expressions adipocytaires de ChREBPß et d'ELOVL6. L'inhibition simultanée de la LHS et ChREBP réduit fortement l'expression d'ELOVL6 et annule l'enrichissement en oléate des phospholipides ainsi que l'amélioration du signal insulinique. De manière particulièrement intéressante, nous avons mis en évidence qu'une interaction physique entre la LHS et ChREBP inhibe la translocation nucléaire du facteur et son activité transcriptionnelle. L'activité catalytique de la LHS n'est pas requise pour assurer l'interaction. Nous avons aussi montré que cette interaction est spécifique de la LHS et est restreinte à l'adipocyte. En conclusion, notre travail a mis au jour une nouvelle voie déterminante pour la sensibilité à l'insuline adipocytaire, liant la LHS au facteur de transcription ChREBP et à sa cible, l'élongase des acides gras ELOVL6. L'enrichissement consécutif en oléate des phospholipides conduit à une augmentation de la fluidité membranaire et à une amélioration du signal insulinique. L'inhibition de l'interaction entre la LHS et ChREBP dans le tissu adipeux pourrait donc être bénéfique dans la prise en charge de l'insulino-résistance associée à l'obésité. / Insulin resistance is a feature frequently associated to obesity and an early defect in the development of type 2 diabetes. Improvement of fat cell insulin signaling may favor recovery of whole body systemic insulin sensitivity in pre-diabetic and diabetic states. In this context, inhibition of hormone-sensitive lipase (HSL) in adipocytes (an enzyme responsible for fatty acid release by adipose tissue) was demonstrated to be protective against insulin resistance. However, the mechanisms remained unclear. Consequently, my PhD work aimed at understanding the mechanisms linking HSL inhibition and improvement of insulin sensitivity. In human adipocytes, HSL gene silencing increased glucose transport, de novo lipogenesis and insulin signaling. Among de novo lipogenesis enzymes, ELOVL6 was preferentially induced in vitro and in vivo during HSL partial deficiency, resulting in enrichment of phospholipids and triglycerides in oleic acid. ELOVL6 gene silencing in human adipocytes provided the direct demonstration of the role of the enzyme in the beneficial effect of HSL inhibition. Fat cell insulin signaling was also impaired in adipose tissue of Elovl6 null mice. In clinical studies, ELOVL6 expression was blunted in insulin resistant states and restored after bariatric surgery. ELOVL6-mediated oleic acid enrichment of phospholipids was responsible for the positive effect of HSL inhibition on insulin signaling. FRAP studies revealed an increase in plasma membrane fluidity and insulin signaling in adipocytes overexpressing ELOVL6. In the liver, ELOVL6 is a target of ChREBP. Adipose ChREBP, notably the constitutively active isoform ChREBPß, recently emerged as a major determinant of systemic insulin action on glucose metabolism. In humans, we observed in several in vitro models and in vivo studies a strong positive association between adipose ChREBPß and ELOVL6. Dual HSL-ChREBP inhibition blunted adipose ELOVL6 expression in vivo and in vitro and mirrored ELOVL6 gene silencing on fatty acid profile and insulin signaling. Importantly, we found that physical interaction between HSL and ChREBP impairs ChREBP translocation into the nucleus and its transcriptional activity. A naturally short form of HSL devoid of catalytic activity retained the capacity to bind ChREBP. We also demonstrated that ChREBP-HSL interaction was specific of the lipase and restricted to adipocyte. To conclude, our work identifies a novel pathway critical for optimal insulin signaling in fat cells which links the neutral lipase HSL to the glucose-responsive transcription factor ChREBP and its target gene, the fatty acid elongase, ELOVL6. ELOVL6-mediated oleate enrichment in phospholipids increases membrane fluidity and improves insulin signaling. Inhibition of HSL/ChREBP interaction in adipose tissue may be beneficial in the treatment of obesity-associated insulin resistance.