Le récepteur de l'inositol 1,4,5-trisphosphate (IP[indice inférieur 3]R) est un canal calcique qui joue un rôle majeur dans la régulation du Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire. Il existe trois sous-types d'IP[indice inférieur 3]R. Peu d'information est disponible sur les propriétés de l'IP[indice inférieur 3]R-2 et de l'IP[indice inférieur 3]R-3. De plus, la régulation spécifique du mécanisme de signalisation calcique peut être accomplie par l'activation simultanée de plusieurs voies de signalisation. Les kinases intervenant lors de l'activation concomitante de la voie de production de l'AMPc et des voies prolifératives sont susceptibles de réguler les IP[indice inférieur 3]R. Ainsi, l'objectif de ma thèse fut de caractériser l'effet de la protéine kinase dépendante de l'AMPc (PKA) et de la cible mammalienne de la rapamycine (mTOR) sur l'activité de l'IP[indice inférieur 3]R-2. La première partie de ma thèse consista à étudier l'effet possible de la PKA sur l'activité de l'IP[indice inférieur 3]R-2 dans les cellules AR4-2J, une lignée cellulaire exprimant principalement l'IP[indice inférieur 3]R-2. Nous avons d'abord démontré que l'IP[indice inférieur 3]R-2 est un bon substrat de la PKA. Qui plus est, des essais calciques réalisés sur des cellules AR4-2J perméabilisées suggèrent que la PKA augmente l'affinité apparente de l'IP[indice inférieur 3]R-2. Enfin, la stimulation de la production d'AMPc entraîne une augmentation des relâches calciques dans les cellules AR4-2J intactes. Ces résultats suggèrent donc que la PKA augmente l'activité de l'IP[indice inférieur 3]R-2. Dans la seconde partie de cette thèse, nous démontrons que la kinase mTOR, point de convergence des voies prolifératives, phosphoryle l'IP[indice inférieur 3]R-2 dans les cellules AR4-2J. Les essais calciques réalisés sur des cellules AR4-2J perméabilisées suggèrent également que mTOR augmente l'affinité apparente de l'IP[indice inférieur 3]R-2. De surcroît, la rapamycine (un inhibiteur de mTOR) réduit les relâches calciques induites par le carbachol dans les cellules AR4-2J et dans les cellules HEK 293A exprimant presque exclusivement l'IP[indice inférieur 3]R-2. Ces résultats suggèrent donc que mTOR augmente l'activité de l'IP[indice inférieur 3]R-2. L'ensemble de ces travaux approfondit notre compréhension des mécanismes par lesquels les signaux calciques sont finement régulés dans les cellules.

Le système de communication SCF/KIT est impliqué dans le développement et l’homéostasie de plusieurs lignages cellulaires. Des dysfonctionnements de la voie sont à l’origine de pathologies affectant ces compartiments. En particulier, des mutations gain-de-fonction, qui entraînent l’activation constitutive du récepteur à activité tyrosine kinase KIT, sont responsables de néoplasies chez l’homme.L’objectif des travaux réalisés durant cette thèse était d’étudier certaines spécificités de la signalisation de formes oncogéniques de KIT, ceci dans le modèle du mastocyte transformé par l’oncogène KIT-D816V. Cette étude a été menée au niveau proximal sur le récepteur lui-même ainsi qu’au niveau distal sur la voie STAT ,une des voies de signalisation spécifiquement activée de manière constitutive par le récepteur mutant.Au niveau proximal, nous avons pu montrer que le motif dityrosine Y568-Y570situé dans le domaine juxtamembranaire de hKIT est une plateforme majeure de recrutement des effecteurs de la signalisation intracellulaire avec au moins 15partenaires différents recrutées. Par ailleurs l’étude de modèles cellulaires dans des analyses liées aux fonctions physiologiques du récepteur réalisés in vitro et in vivo ont révélé que le site est impliqué dans la régulation négative du signal transformant issu de l’oncogène KIT-D816.Au niveau distal, nous avons analysé les mécanismes de phosphorylation des protéines STAT1, -3 et -5 ainsi que l’importance fonctionnelle de leur activation dans la transformation dépendante de KIT-D816. Nous avons ainsi étudié la contribution de différentes kinases dans les phosphorylations activatrices des STATs sur tyrosine et serine. Nos résultats suggèrent que seul STAT5 a une activité transcriptionnelle dans nos modèles suggérant une implication potentielle non canonique des STAT1et -3 dans la transformation dépendante de KIT-D816.L’ensemble de nos travaux contribue à une meilleure compréhension des mécanismes de l’oncogenèse dépendante de KIT-D816, un point critique dans le développement raisonné de thérapeutiques anticancéreuses ciblées. / The receptor tyrosine kinase KIT and its ligand, the stem cell factor (SCF), are implicated both in the development and the homeostasis of multiple cell lineages. Dysfunctions in the KIT/SCF pathway are involved in several pathologies affecting these compartments. In particular, gain-of-function mutations that lead to constitutive activation of the receptor KIT are found in human neoplasia.The purpose of this thesis project was to investigate some differences between normal and oncogenic signalling of KIT receptor using mast cells transformed by the KIT-D816 oncogene as a model. This question was analysed at aproximal level on the oncogenic receptor itself and at a more distal level on the STAT signal transduction pathway, which is specifically and constitutively activated by theKIT-D816 mutant.At the proximal level, we show that the juxtamembrane dityrosine motif Y568-Y570 of KIT is the major platform of recruitment of intracellular signalling partnerswith more than 15 interactors found in mast cells. Furthermore, the analysis ofcellular models in both in vitro and in vivo assays related to KIT physiological functions has revealed the negative role of the motif in KIT-D816-mediated cell transformation. At the distal level, we have analysed the mechanisms of phosphorylation ofSTAT1, -3 and -5 proteins and the functional relevance of their activation in KITD816-mediated transformation. We describe the contribution of different kinases inthe phosphorylation of STATs on both serine and tyrosine residues. Our results suggest that only STAT5 is transcriptionaly active whereas STAT1 and STAT3 are not, suggesting a non conventional implication of their activation in celltransformation. Our work contributes to a better understanding of the mechanisms of KITD816-mediated oncogenesis and could be used to improve the rational developmentof new targeted cancer therapies

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

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les cellules épithéliales sont à la base de nombreuses fonctions vitales chez les mammifères, en particulier grâce à leurs propriétés de polarisation et de cohésion dynamiques regroupées sous le terme de « Plasticité Epithéliale ». Une manifestation originale de cette plasticité est la Transition Epithélio-Mésenchymateuse (EMT, Epithelial-Mesenchymal Transition), un processus complexe qui permet à une cellule épithéliale (ou un groupe de cellules) de modifier sa composition et l'organisation de ses protéines pour se détacher de la masse cellulaire à laquelle elle appartient, et ainsi acquérir une organisation de type fibroblastique propice à la motilité cellulaire. Ce phénomène, initialement mis en évidence pour son rôle dans le développement embryonnaire, met en jeu une régulation fine, sous le contrôle de facteurs de transcription dont certains semblent également jouer un rôle au cours de la progression tumorale. Le facteur SNAIL1 (ou SNAIL), dont le rôle est déterminant au cours de la mise en place de nombreux organes, est également fortement exprimé au niveau du front invasif de certains carcinomes et pourrait participer à la dissémination des cellules cancéreuses au sein de l'organisme. Au cours de l'EMT, son expression, sa localisation et son activité sont soumises à une régulation complexe qui implique plusieurs modifications post-traductionnelles, en particulier la phosphorylation. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse a été de comprendre les mécanismes de régulation de SNAIL1 par la protéine-kinase CK2 au cours de l'EMT. Ce travail a été réalisé en deux étapes dont la première fût une caractérisation biochimique de la phosphorylation de SNAIL1 par CK2 et sa régulation par la sous-unité régulatrice CK2β. Dans un deuxième temps, je me suis penché sur l'étude des conséquences de l'inhibition du complexe CK2 par ARN interférence dans les cellules épithéliales mammaires MCF10A. Ce modèle a permis de mettre en évidence le rôle déterminant de CK2β dans le maintien de l'expression d'un phénotype épithélial et d'une architecture cohésive au sein des cellules MCF10A en culture in vitro. L'ensemble de ces résultats suggère en effet que la protéine-kinase CK2, sous le contrôle de sa sous-unité régulatrice CK2β, exerce une régulation négative sur le niveau d'expression transcriptionnelle et la stabilité protéique de SNAIL1 visant à s'opposer à l'induction de l'EMT.

Il est généralement admis que l'expertise scientifique et technique des laboratoires de recherche ainsi que l'expertise médicale des services cliniques contribuent toutes à mieux connaître et à améliorer la santé de l'homme en favorisant les interfaces entre recherche fondamentale et recherche médicale cognitive et clinique. Ce présent projet vient soutenir cette contribution en soutenant l'intégration de l'hyperthermie comme possibilité thérapeutique dans la lutte contre le cancer au sein des établissements de santé canadiens. Ce travail de recherche comprend deux volets. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à la toxicité du choc thermique et à sa capacité d'induire différentes voies de signalisation de l'apoptose. En second lieu, nous avons évalué l'effet protecteur de la thermotolérance induite à des températures douces contre la toxicité d'un choc thermique subséquent létal. Plus précisément, nous avons étudié les mécanismes moléculaires d'induction de la voie des récepteurs de mort Fas par le choc thermique (1), ainsi que la tendance du choc thermique à activer les voies de signalisation cellulaire impliquant les protéines MAP kinases et la protéine p53(2) et à générer un stress du réticulum endoplasmique (3). Dans les trois chapitres de l'étude, nous avons également investigué le rôle de la thermotolérance et des protéines de choc thermique dans la protection des cellules contre l'induction de l'apoptose par l'hyperthermie létale. L'exposition des cellules à des températures élevées létales (42-45°C) a conduit les cellules vers une mort majoritairement apoptotique. Les trois voies de l'apoptose (voie mitochondriale, voie du récepteur de mort Fas et voie du RE) ont été induites. Cependant, l'inhibition spécifique de la voie du récepteur de mort Fas nous a permis de conclure que cette dernière était responsable de l'induction de la voie intrinsèque de l'apoptose médiée par la mitochondrie. Pour sa part, la voie du réticulum endoplasmique (RE) est induite suite à un stress prolongé du RE. Il s'est avéré aussi que l'induction de cette voie n'est pas indispensable pour l'induction de l'apoptose par choc thermique létal. Durant ces cascades signalétiques, les MAP kinases, en particulier les protéines JNK et p38, jouent un rôle crucial dans la phosphorylation et l'activation de divers facteurs pro-apoptotiques tels que Bax, Puma, Noxa et p53. Ceci a conduit à l'arrêt du cycle cellulaire en phase G0/S, et à la translocation de Bax à la mitochondrie et la dégradation de Bcl-2. D'autre part, suite à l'induction de la thermotolérance à la température de la fièvre (40°), nous étions capables de protéger les cellules contre la cytotoxicité d'un choc thermique létal subséquent. Malgré qu'aucunes évidences n'aient été établi, cet effet protecteur de la thermotolérance semble être en parfaite corrélation avec l'augmentation du niveau d'expression des HSPs. L'utilisation conjointe de l'hyperthermie létale et non létale (la thermotolérance) pourrait constituer une possibilité à envisager lors du traitement du cancer par les méthodes classiques. La pertinence et l'originalité de ce projet réside dans le fait que cette alternative est avant tout naturelle et biologique, peu coûteuse, et exemptée de la plupart des effets secondaires observés lors de l'utilisation des méthodes classiques de traitement, qui sont généralement toxiques et couteuses. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hyperthermie, HSPs, Thermotolérance, Apoptose, Nécrose, Caspases, Calcium, ROS, Bcl-2, Fas, Mitochondrie, Réticulum Endoplasmique, p53, MAP kinases, Calpaïnes

La Stearoyl-CoA Désaturase-l (SCD1) est l'enzyme catalysant la synthèse des acides gras monoinsaturés, synthétisant le palmitoléyl-CoA (C16:1) et l'oléoyl-CoA (C18:1) à partir respectivement du palmitoyl-CoA (C16:0) et du stéaroyl-CoA (C18:0). Ces acides gras entrent ensuite dans la composition des triglycérides et des phospholipides membranaires. L'altération de la composition des phospholipides a été impliquée dans de nombreuses maladies incluant l'obésité et le syndrome métabolique associé. SCD1 est fortement exprimée au niveau du foie et du tissu adipeux. Elle est étroitement régulée par de nombreux facteurs nutritionnels et hormonaux principalement au niveau transcriptionnel mais aussi via une dégradation protéique rapide. Ceci permet à la cellule d'adapter l'activité enzymatique de SCD1 à la demande physiologique. Au niveau hépatique, l'insuline et la leptine sont impliquées respectivement dans la stimulation et l'inhibition de l'expression de SCD1. Leur fixation sur leur récepteur respectif précède l'activation de nombreuses voies de signalisation, qu'elles partagent pour la plupart, comme la voie 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PI3K) et la voie des Mitogen Activated Protein Kinase Extracellular Regulated Kinase 1/2 (MAPK ERK1/2). Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de caractériser les mécanismes impliqués dans l'action de l'insuline et de la leptine sur l'expression de SCD1. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence l'implication de la voie PI3K Mammalian Target Of Rapamycin (mTor) et des facteurs de transcription Sterol Response Element Binding Protein-1 (SREBP-1) et Nuclear Factor Y (NF-Y) dans la stimulation de l'expression de SCD1 par l'insuline. Dans un deuxième temps, nous avons démontré l'implication de la voie des MAPK ERK1/2 dans l'inhibition de l'expression de SCD1 par la leptine. Nos résultats suggèrent aussi un rôle important du facteur de transcription Stimulating Protein 1 (Sp1) dans ce phénomène. Au niveau transcriptionnel, l'action de l'insuline et de la leptine semble indépendante l'une de l'autre. Cependant, il apparaît globalement que l'effet inhibiteur de la leptine supplante l'effet activateur de l'insuline au niveau de l'expression de SCD1. Le tissu adipeux est le lieu de stockage principal des triglycérides. L'analyse de la composition de ces triglycérides révèle que le C18:1 constitue l'acide gras le plus abondant. Des travaux réalisés sur des modèles animaux suggèrent fortement qu'une activité élevée de SCDl au niveau du tissu adipeux est fortement corrélée avec l'adiposité et l'obésité. Dans une troisième partie, nous avons donc testé l'hypothèse que la désaturation induite par SCD1 est positivement reliée à l'expansion du tissu adipeux. Nous avons montré que, indépendamment de leur apport en acides gras, le taux de C18:0 était diminuée dans le tissu adipeux omental de femmes atteintes d'obésité viscérale. De plus, chez ces patientes, ne présentant pas de syndrome métabolique, l'indice de désaturation (C18:1/C18:0) était augmenté. Nous avons aussi montré une association entre le niveau d'adiposité de ces patientes et la diminution du niveau de C18:0. L'adiposité de ces femmes a aussi été associée à l'augmentation de l'indice de. désaturation (C18:1/C18:0) et à l'augmentation du niveau d'expression de SCD1. En conclusion, nos travaux attestent la complexité de la régulation de l'expression de SCD1. Nos études confirment aussi le rôle clé de SCD1 au niveau du métabolisme lipidique, du développement de l'obésité et du syndrome métabolique associé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Désaturase, SCD1, Insuline, Leptine, Protéines kinases, PI3K, mTor, MAPK, ERK1/2, SREBP-1, NF-Y, Sp1, foie, tissu adipeux.

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

Le kinome humain comprend 518 protéines. Elles participent au processus de phosphorylation des protéines qui joue un rôle important dans les voies de signalisation cellulaire. Leur dérégulation est connue comme étant une cause de nombreuses maladies graves telle que les cancers. Du fait de leur grande similarité structurale des protéines kinases, il est difficile de développer des inhibiteurs qui soient à la fois efficaces et sélectifs. L’absence de sélectivité conduit le plus souvent à des effets secondaires particulièrement néfastes pour l’organisme. Au cours de cette thèse, nous avons d’abord développé de nouvelles métriques dont le but est de déterminer la sélectivité d’inhibiteurs à partir de données d’inhibition. Elles présentent l’avantage, comparées à d’autres métriques, d’être applicables sur n’importe quel type de données. Dans un deuxième temps, nous avons développé une approche protéométrique dans le but de comprendre pourquoi certaines protéines kinases ne sont jamais inhibées par des inhibiteurs de Type II. Le modèle statistique mis en place nous a permis d’identifier plusieurs résidus discriminants dont certains déjà décrits expérimentalement dans la littérature. Dans un troisième temps, nous avons développé un nouveau descripteur 3D de protéines kinases avec lequel nous avons mis en place et validé des modèles protéo-chimiométriques visant à étudier et découvrir de nouveaux inhibiteurs. / The human kinome contains 518 proteins. They share a common mechanism of protein phosphorylation known to play an important role in cellular signaling pathways. Impaired kinase function is recognized to be involved in severe diseases like cancer. Due to high structural similarity between protein kinases, development of potent and selective kinase inhibitors is a challenging task. The selectivity of kinase inhibitors may lead to side effects potentially harmful. In this thesis, we first developed new selectivity metrics to determine inhibitor selectivity directly from biological inhibition data. Compared to existing metrics, the new selectivity scores can be applied on diverse inhibition data types. Second, we developed a proteometric approach in order to understand why some protein kinases are never inhibited by Type II inhibitors. The statistical model built for this purpose allowed us to identify several discriminant residues of which few of them correspond to experimentally described residues of interest. Third, using a new 3D protein kinase descriptor, we developed and validated novel proteo-chemometrics approaches to study and discover new kinase inhibitors.